Gli sferoidi tumorali sono emersi come utili strumenti in vitro nello studio dell'eziologia, della patologia e della risposta ai farmacidel cancro 1. Tradizionalmente, gli sferoidi sono stati coltivati in condizioni come piastre a bassa adesione o bioreattori, in cui l'adesione cellula-cellula è favorita rispetto all'adesione cellula-superficie2. Tuttavia, è ormai riconosciuto che per ricapitolare più fedelmente il microambiente tumorale, i modelli di sferoidi in vitro dovrebbero catturare sia le interazioni cellula-cellula che cellula-matrice. Ciò ha spinto diversi gruppi a progettare scaffold, come gli idrogel, in cui gli sferoidi possono essere incapsulati 3,4. Tali modelli di sferoidi basati su idrogel consentono di chiarire le interazioni cellula-cellula e cellula-matrice su vari comportamenti cellulari, come la vitalità, la proliferazione, la staminalità o la risposta alla terapia3.
Qui descriviamo un protocollo per l'incapsulamento di sferoidi di glioblastoma in idrogel di polietilenglicole (PEG). Ci sono diversi rapporti in letteratura sull'incapsulamento di sferoidi delle cellule di glioblastoma in idrogel. Ad esempio, gli sferoidi sono stati formati incapsulando cellule U87 in idrogel PEG decorati con un ligando adesivo RGDS e reticolati con un peptide enzimaticamente scissibile per determinare l'effetto della rigidità dell'idrogel sul comportamento cellulare5. Le cellule U87 sono state formate anche in altri idrogel a base di PEG o acido ialuronico per espandere la popolazione di cellule staminali tumorali6 o per esplorare i meccanismi mediati dalla matrice di resistenza alla chemioterapia 7,8,9. Gli sferoidi del glioblastoma sono stati anche incapsulati in idrogel di gelatina per studiare il crosstalk tra microglia e cellule tumorali e il suo effetto sull'invasione cellulare10. Nel complesso, tali studi hanno dimostrato l'utilità dei modelli in vitro a base di idrogel nella comprensione della patologia del glioblastoma e nell'ideazione di trattamenti.
Inoltre, esistono diversi metodi per la fabbricazione di sferoidi tumorali e l'incapsulamento dell'idrogel11. Ad esempio, le cellule disperse potrebbero essere seminate in idrogel e lasciate formare sferoidi nel tempo 5,12. Uno svantaggio di tale metodo è la polidispersione degli sferoidi formati, che potrebbe portare a risposte cellulari differenziali. Per produrre sferoidi uniformi, le cellule potrebbero essere incapsulate in microgel e coltivate per lunghi periodi fino a quando non invadono e rimodellano il gel13, oppure le cellule potrebbero essere depositate in gel modellati con "fori" sferici e lasciate aggregare14. Lo svantaggio di questi metodi è la loro relativa complessità, la necessità di un generatore di goccioline o di altri mezzi per formare microgel o i "buchi" nel gel e il tempo necessario agli sferoidi per crescere e maturare. In alternativa, gli sferoidi possono essere preformati in micropozzetti 9,15,16 o in piastre a goccia sospesa 17,18 e quindi incapsulati in un idrogel, in modo simile alla tecnica qui descritta. Questi metodi sono più semplici e possono essere eseguiti con una velocità effettiva più elevata. È interessante notare che è stato dimostrato che il metodo di formazione degli sferoidi può influenzare i comportamenti delle cellule sferoidi, come l'espressione genica, la proliferazione cellulare o la risposta ai farmaci19,20.
Qui, ci concentriamo sul glioblastoma poiché è un tumore solido il cui ambiente nativo è la matrice cerebralemorbida e nanoporosa 21, che può essere imitata da un idrogel morbido e nanoporoso. Il glioblastoma è anche il tumore cerebrale più mortale per il quale non esiste una cura disponibile22. Tuttavia, il protocollo qui descritto può essere utilizzato per l'incapsulamento di sferoidi che rappresentano qualsiasi tumore solido. Abbiamo scelto di utilizzare idrogel PEG che si formano attraverso una reazione di addizione di tipo Michael23. Il PEG è un idrogel sintetico, non degradabile e biocompatibile, inerte e che funge da impalcatura e supporto fisico delle cellule, ma non supporta l'attaccamento cellulare23. L'adesività cellulare può essere aggiunta separatamente tramite il legame di proteine intere o ligandi adesivi24 e la degradabilità può essere aggiunta tramite modifiche chimiche della catena polimerica PEG o reticolanti idroliticamente o enzimaticamente degradabili25,26. Ciò consente di regolare le proprietà biochimiche indipendentemente dalle proprietà meccaniche o fisiche dell'idrogel, il che potrebbe essere vantaggioso nello studio delle interazioni cellula-matrice. La chimica di gelificazione di tipo Michael è selettiva e avviene in condizioni fisiologiche; Quindi, consente l'incapsulamento degli sferoidi semplicemente mescolando gli sferoidi con la soluzione precursore dell'idrogel.
Nel complesso, la metodologia qui presentata presenta diverse caratteristiche degne di nota. Innanzitutto, la fabbricazione di sferoidi tumorali in un gruppo multipozzetto è efficiente, rapida e il costo dei materiali richiesti è basso. In secondo luogo, gli sferoidi sono prodotti in grandi lotti in una varietà di dimensioni con bassa polidispersione. Infine, sono richiesti solo materiali disponibili in commercio. L'utilità della metodologia è illustrata esplorando l'effetto delle proprietà del substrato sulla vitalità, la circolarità e la staminalità delle cellule sferoidi.