このコレクションは、腫瘍の増殖と転移に不可欠な要素である腫瘍微小環境を研究するための、従来のがん研究実験方法を超えたシステムを描いています。このようなシステムは三次元であり、高深度で高解像度のイメージング (多くの場合、時間の経過とともに複雑なイメージング分析ツールが必要になる)、患者由来の組織を使用したり、合成または脱細胞化された足場を使用したりします。
膵臓がん、結腸直腸がん、脳がんなど、マウス同系モデルや異種移植モデルの翻訳性が低い、臨床ニーズが満たされていない疾患には、バイオバンクの確立と拡大が不可欠です。Bürtin et al.1 は、ドナー材料を患者由来の異種移植片 (PDX) に拡大することを含め、これを達成する方法についてのガイドを提供し、患者の組織学と疾患経過を厳密に要約する生きたバイオバンクを確立します。著者らは、絶え間ないプロトコルの最適化と外科スタッフとの緊密な協力とコミュニケーションを通じて、結腸直腸PDXで63%、膵臓PDXで48%の増殖率を報告しています。この進歩は、モデルの確立に長い期間を必要とするためだけに、治療オプションを緊急に必要とする個々の患者の検査治療の代理として有用ではありません。それにもかかわらず、腫瘍の生物学をより深く理解し、同様の腫瘍の特徴を持つ将来の患者を助けることは有用です。さらに、Tew et al.2 は、中枢神経系 (CNS) 転移性 PDX の確立と使用について説明し、増殖と研究目的を成功させるための組織接種経路の重要性を強調しています。
PDXモデルに代わる、患者由来の腫瘍スライスex vivo培養は、薬物反応のテストに使用できるネイティブマトリックスとアーキテクチャ(多細胞および異型の両方)を備えた、より迅速で経済的なシステムを提供する可能性があります。Braunら3は、膵臓の原発腫瘍および転移に対する器官型スライス培養(OTSC)を提示しています。それらは、異種移植片の確立とモニタリングから、以下を含む方法を伝えます。腫瘍スライスの収集;スライス培養とex vivo成長。画像と画像分析。別の例では、Cirakuら4は、ex vivo脳転移性腫瘍スライスを使用して脳転移とその治療を研究するための包括的な方法を提供します。
腫瘍に隣接する組織と細胞外マトリックスも、転移を完全に理解するための鍵となります。Jelinek et al.5 は、患者由来の真皮線維芽細胞をヒト黒色腫細胞株と同時注射することを使用して、がん関連線維芽細胞が腫瘍増殖に及ぼす影響を研究するための PDX を提供します。Mayorca-Guilianiら6は 、マウスの心臓と肺を脱細胞化し、細胞を播種し、さらに重要なことに、これらの臓器の位置/トポロジーと細胞外マトリックス(ECM)組成を理解するために使用できる無傷の足場を生成する方法を説明しています。肺は、いくつかの種類の腫瘍で特に非常に一般的な転移部位です。この方法は、他のECM足場を生成するためにも使用できます。コラーゲンは ECM の主要成分の 1 つであり、線維性コラーゲンのトポロジカル変化は疾患の進行と関連しています。Liuら7 は、高次元、高解像度の共焦点断層撮影画像から線維性コラーゲンの構成を定量化するためのオープンソースの画像解析ツールを提供します。ECM の関連性の一部は、圧力などの外部要因への適応性です。ECM は、腫瘍の増殖に影響を与える可能性のあるこれらの外的要因に応じて、さまざまな生物物理学的特性を採用します。Calitz ら 8 は、コラーゲンとフィブリノーゲンのゲルを使用して、3D 環境での ECM 調整可能性を模倣する肝臓がんの生体模倣モデルを導入しています。著者らは、肝細胞癌における腫瘍と間質の相互作用を研究するために、線維性肝臓および肝硬変性肝臓、および肝細胞癌(HCC)の生物物理学的特性を再現する実験条件を作成しました。作成された生体模倣モデル(幅広い剛性をカバー)は、2D培養と比較して、より代表的な処理反応を示します。
転移を模倣するための他の異型アプローチには、オルガノイド培養、オルガンオンチップ、および/またはマイクロ流体共培養システムがあり、これらは、培養条件のニーズが大きく異なる免疫細胞と癌細胞の共培養に対応するために複雑なシステムに進化しています。Chakrabartiら9は 、標的療法の有効性を予測するための前臨床モデルとして機能するオルガノイド/免疫細胞共培養で、T細胞と骨髄細胞、およびヒト由来の自家胃癌細胞を含むオルガノイドシステムを提示しています。De Ninnoら10 は、動的およびマルチパラメトリック測定と互換性のあるマイクロ流体共培養システムを使用して、同様の概念を説明しています。がん細胞の製造、播種、イメージング、および新しい3Dマイクロ流体血液脳ニッチ(μmBBN)の組織微小環境(TME)は、Oliverらによって説明されています11。著者らは、人工知能を使用して、血液脳関門を超えることができるがん細胞の表現型の違いを特定し、それらの細胞に客観的な脳転移の可能性を割り当てることを示しています。これは、転移、治療効果、および両方における TME の役割に関する基本的な質問とトランスレーショナルな質問に答えるために使用できます。
このコレクションに寄稿した著者らは、TMEおよび転移分野に、2D単型in vitro 培養では対処できない重要な質問に答えるための、革新的ですぐに使用できるさまざまな方法を提供します。最終的に、これらの方法を広く実施することで、腫瘍生態系の理解が深まり、したがって、治療が依然として課題であり、患者の生存と生活の質に大きな影響を与える状態である転移性疾患に対する TME 標的療法の開発に役立ちます。