Questa collezione ritrae sistemi che vanno oltre i tradizionali metodi sperimentali di ricerca sul cancro per lo studio del microambiente tumorale, un elemento essenziale per la crescita e le metastasi tumorali. Tali sistemi sono tridimensionali, coinvolgono immagini ad alta profondità e ad alta risoluzione (spesso nel tempo, richiedendo quindi strumenti complessi di analisi dell'imaging) e utilizzano tessuti derivati dal paziente e/o impiegano scaffold sintetici o decellularizzati.
Per le malattie con esigenze cliniche insoddisfatte, come il cancro del pancreas, del colon-retto e del cervello, in cui la traducibilità di modelli murini singenici o xenotrapianti è bassa, la creazione e l'espansione delle biobanche è essenziale. Bürtin et al.1 forniscono una guida su come raggiungere questo obiettivo, compresa l'espansione del materiale del donatore in xenotrapianti derivati da pazienti (PDX), stabilendo così una biobanca vivente che ricapitola fedelmente l'istologia e il decorso della malattia dei pazienti. Attraverso la costante ottimizzazione del protocollo e la stretta collaborazione e comunicazione con il personale chirurgico, gli autori riportano tassi di crescita del 63% per i PDX colorettali e del 48% per i PDX pancreatici. Questi progressi non sono sufficienti per essere utili come proxy di test per i singoli pazienti che necessitano immediatamente di opzioni terapeutiche, esclusivamente a causa del lungo periodo di tempo richiesto per l'istituzione del modello. È comunque utile per comprendere meglio la biologia dei tumori e aiutare i futuri pazienti con caratteristiche tumorali simili. Inoltre, Tew et al.2 descrivono l'instaurazione e l'uso di PDX metastatici del sistema nervoso centrale (SNC), evidenziando l'importanza della via di inoculazione tissutale per il successo della crescita e degli scopi di studio.
In alternativa ai modelli PDX, le colture ex vivo di fette tumorali derivate da pazienti forniscono un sistema potenzialmente più rapido ed economico, con una matrice e un'architettura native, sia multicellulari che eterotipiche, che possono essere utilizzate per testare le risposte ai farmaci. Braun et al.3 presentano le loro colture di fette organotipiche (OTSC) per tumori primari pancreatici e metastasi. Trasmettono un metodo dall'insediamento e dal monitoraggio degli xenotrapianti, tra cui: produzione di un dispositivo per supportare l'imaging dal vivo della fetta ex vivo ; raccolta di fette tumorali; coltura di fette e crescita ex vivo ; e imaging e analisi delle immagini. In un altro esempio, Ciraku et al.4 forniscono un metodo completo per studiare le metastasi cerebrali e il loro trattamento attraverso l'uso di fette di tumore metastatico cerebrale ex vivo .
Anche il tessuto adiacente al tumore e la matrice extracellulare sono fondamentali per comprendere appieno le metastasi. Jelinek et al.5 forniscono un PDX per studiare l'impatto dei fibroblasti associati al cancro sulla crescita del tumore, utilizzando fibroblasti dermici derivati da pazienti per co-iniettare con linee cellulari di melanoma umano. Mayorca-Giuliani et al.6 descrivono un metodo per decellularizzare il cuore e i polmoni dei topi e generare un'impalcatura intatta, che può essere utilizzata per seminare le cellule e, cosa più importante, per comprendere la posizione/topologia e la composizione della matrice extracellulare (ECM) di questi organi. I polmoni sono in particolare un sito molto comune di metastasi per diversi tipi di tumore. Questo metodo può essere utilizzato anche per generare altri scaffold ECM. Il collagene è uno dei principali componenti della MEC e i cambiamenti topologici nel collagene fibrillare sono stati associati alla progressione della malattia. Liu et al.7 forniscono uno strumento di analisi delle immagini open-source per quantificare l'organizzazione del collagene fibrillare da immagini di tomografia confocale ad alta dimensione e ad alta risoluzione. Parte dell'importanza dell'ECM è la sua adattabilità a fattori esterni, come la pressione. La ECM adotta diverse proprietà biofisiche in risposta a questi fattori esterni che possono influenzare la crescita del tumore. Utilizzando gel di collagene e fibrinogeno, Calitz et al.8 introducono un modello biomimetico per il cancro al fegato che imita la sua sintonizzabilità ECM in un ambiente 3D. Gli autori creano condizioni sperimentali che ricapitolano le proprietà biofisiche del fegato fibrotico e cirrotico, nonché del carcinoma epatocellulare (HCC) per studiare le interazioni tumore-stroma nell'HCC. I modelli biomimetici creati (che coprono un'ampia gamma di rigidità) mostrano risposte di trattamento più rappresentative rispetto alle colture 2D.
Altri approcci eterotipici per imitare le metastasi includono colture di organoidi, organi su chip e/o sistemi di co-coltura microfluidica, che si stanno evolvendo in sistemi complessi per accogliere la co-coltura di cellule immunitarie e tumorali con esigenze di condizioni di coltura molto diverse. Chakrabarti et al.9 presentano un sistema organoide che include cellule T e mieloidi, nonché cellule tumorali gastriche autologhe di derivazione umana in una co-coltura organoide/cellule immunitarie che funge da modello preclinico per prevedere l'efficacia della terapia mirata. De Ninno et al.10 descrivono un concetto simile utilizzando sistemi di co-coltura microfluidica compatibili con misure dinamiche e multiparametriche. La produzione, la semina, l'imaging e l'analisi delle cellule tumorali e del microambiente tissutale (TME) di una nuova nicchia ematoencefalica microfluidica 3D (μmBBN) è descritta da Oliver et al.11. Gli autori mostrano l'uso dell'intelligenza artificiale per identificare le differenze fenotipiche delle cellule tumorali che sono in grado di superare la barriera ematoencefalica e assegnare a tali cellule un potenziale metastatico cerebrale oggettivo. Questo può essere utilizzato per rispondere a domande di base e traslazionali sulle metastasi, sull'efficacia terapeutica e sul ruolo del TME in entrambe.
Collettivamente, gli autori che contribuiscono a questa raccolta forniscono al campo TME e metastasi una serie di metodi innovativi e pronti all'uso per rispondere a domande chiave che le colture in vitro monotipiche 2D non possono affrontare. In definitiva, l'ampia implementazione di questi metodi migliorerà la nostra comprensione degli ecosistemi tumorali e quindi aiuterà a sviluppare terapie mirate al TME contro la malattia metastatica, una condizione che rimane una sfida da trattare e con un forte impatto sulla sopravvivenza e sulla qualità della vita dei pazienti.