L'invasione delle cellule tumorali rimane un argomento importante ma poco studiato nel contesto della co-invasione delle cellule immunitarie come i macrofagi. L'invasione collettiva e individuale delle cellule tumorali sono processi critici durante le metastasi e hanno dimostrato di ridurre il tasso di sopravvivenza dei pazienti oncologici a causa della molteplicità di infestazioni di diversi organi 8,9. Gli studi in vivo sono complessi e sono limitati ai laboratori con accesso alle strutture di stabulazione degli animali. Inoltre, è anche difficile controllare le condizioni in vivo o manipolare in modo specifico i singoli aspetti. Pertanto, la necessità di un sistema più accessibile rimane essenziale per rispondere alle domande di base nella prima linea di ricerca.
Con il metodo qui presentato, abbiamo sviluppato un modo in cui i) il comportamento delle cellule immunitarie e ii) delle cellule tumorali, iii) la crescita e lo sviluppo di uno sferoide solido e iv) l'impatto delle cellule nel microambiente tumorale circostante (TME) sui componenti della ECM possono essere ulteriormente analizzati. Può essere utilizzato per confrontare l'impatto dei macrofagi modificati (ad esempio, impoveriti per regolatori specifici dal trattamento con siRNA) sull'invasività delle singole cellule tumorali da uno sferoide solido. Al momento non è chiaro se il riarrangiamento fisico del TME o i fattori secreti rappresentino la causa principale del comportamento osservato delle cellule tumorali e deve essere analizzato in modo più dettagliato.
Inoltre, anche le cellule tumorali stesse potrebbero essere manipolate, ad esempio mediante trattamento con siRNA o knockout di specifici regolatori. Inoltre, l'analisi può essere migliorata confrontando il numero di nuclei contati all'interno del profilo cellulare identificato per consentire una determinazione più precisa delle cellule tumorali invasori.
Abbiamo utilizzato questo test per determinare l'impatto dei macrofagi nel TME sull'invasione delle cellule tumorali. Tuttavia, va anche notato che è probabile che le cellule tumorali influenzino l'attività dei macrofagi, probabilmente attraverso fattori secreti all'interno del terreno. Sarebbe quindi anche utile identificare i cambiamenti nei macrofagi, come lo stato di polarizzazione alterato (M1 vs. M2) mediante colorazione in immunofluorescenza utilizzando i rispettivi anticorpi. In passato, il confronto tra le cellule che crescono in monostrati e quelle coltivate in un ambiente 3D ha mostrato differenze significative nei loro profili di espressione10.
Inoltre, lo smistamento cellulare attivato dalla fluorescenza (FACS) di sottopopolazioni di macrofagi e la loro integrazione nella procedura sperimentale potrebbero essere istruttivi. Infine, ma non meno importante, l'imaging più dettagliato delle aree di contatto in cui i macrofagi interagiscono con le cellule tumorali o con la superficie sferoidale tumorale potrebbe portare all'identificazione di ulteriori meccanismi rilevanti per l'invasione e l'interazione 3D.
Da notare che non può essere controllato completamente è il posizionamento preciso dello sferoide al centro del pozzetto dopo l'aggiunta della miscela di collagene. La quantità di collagene sotto lo sferoide è particolarmente difficile da regolare. In questo caso, sono stati stabiliti altri metodi per consentire un posizionamento preciso dello sferoide, ad esempio sopra stampi di agarosio con un numero di campioni più alto11. Tuttavia, poiché il rilascio di citochine è un meccanismo comune, tutti gli sferoidi all'interno di questo test multi-sferoide sono esposti a fattori secreti e il numero di cellule immunitarie che agiscono su un singolo sferoide è difficile da controllare.
Una limitazione fondamentale di questo protocollo è la capacità delle linee cellulari tumorali di formare sferoidi uniformi, quindi è applicabile solo a un sottoinsieme di linee cellulari. Ad esempio, le cellule del melanoma MeWo formano strutture 3D irregolari, simili a fogli, ma non sferoidi uniformi.
Va inoltre notato che il test è altamente adattabile, poiché molte delle sue caratteristiche possono essere modificate, come il materiale ECM, il numero di cellule o aggiungendo fattori specifici come le citochine al surnatante. Dovrebbe, quindi, essere altamente adatto per gli studi iniziali in vitro dell'interazione cellula tumorale/cellula immunitaria e può essere adattato alla specifica domanda di ricerca attualmente affrontata.