Deze collectie toont systemen die verder gaan dan de traditionele experimentele methoden in het onderzoek naar kanker voor het bestuderen van de tumormicro-omgeving, een essentieel element voor tumorgroei en metastase. Dergelijke systemen zijn driedimensionaal, omvatten beeldvorming met hoge diepte en hoge resolutie (vaak in de loop van de tijd, waardoor complexe beeldanalysetools vereist zijn) en gebruiken weefsel afkomstig van patiënten en/of synthetische of gedecellulariseerde schalmen.
Voor ziekten met onvervulde klinische behoeften, zoals pancreas-, darm- en hersenkanker, waarbij de toepasbaarheid van muis syngene of xenograft modellen laag is, is de oprichting en uitbreiding van biobanken essentieel. Bürtin et al.1 geven een gids over hoe ze dit bereiken, inclusief de uitbreiding van donormateriaal naar aan patiënten afkomstige xenografts (PDX's), waardoor een levende biobank wordt gevestigd die de histologie en ziekteverloop van patiënten nauwgezet nastreeft. Door constante optimalisatie van protocollen en nauwe samenwerking en communicatie met chirurgisch personeel, rapporteren de auteurs groeicijfers van 63% voor darm-PDX's en 48% voor pancreas-PDX's. Deze voortgang valt tekort om als proxy voor behandelingstests nuttig te zijn voor individuele patiënten die onmiddellijk behandelingsopties nodig hebben, enkel en alleen vanwege de lange periode die nodig is voor de oprichting van het model. Het is niettemin nuttig om de tumorbiologie beter te begrijpen en toekomstige patiënten met vergelijkbare tumorkenmerken te helpen. Bovendien beschrijven Tew et al.2 de oprichting en het gebruik van metastatische PDX's van het centrale zenuwstelsel (CZS), waarbij de belangrijke rol van de route van weefselinoculatie voor succesvolle groei en studiedoeleinden wordt benadrukt.
Als alternatief voor PDX-modellen bieden door patiënten afgeleide tumorslices ex vivo culturen een potentieel snellere en economischere systeem, met een native matrix en architectuur—zowel multicellulair als heterotypisch—die kunnen worden gebruikt om medicijnreacties te testen. Braun et al.3 presenteren hun organotypische slice culturen (OTSC's) voor primaire pancreastumoren en metastasen. Ze leggen een methode uit van xenograft oprichting en monitoring, inclusief: het vervaardigen van een apparaat om live beeldvorming van de ex vivo slice te ondersteunen; tumor slice collectie; slice cultuur en ex vivo groei; en beeldvorming en beeldanalyse. In een ander voorbeeld, Ciraku et al.4 bieden een uitgebreide methode om hersenmetastasen en hun behandeling te bestuderen door het gebruik van ex vivo hersenmetastatische tumorslices.
Aangrenzend tumorweefsel en extracellulaire matrix zijn ook sleutel om metastase volledig te begrijpen. Jelinek et al.5 bieden een PDX om de impact van kanker geassocieerde fibroblasten op tumorgroei te bestuderen, door gebruik te maken van door patiënten afgeleide dermale fibroblasten om samen te injecteren met humane melanoomcellijnen. Mayorca-Guiliani et al.6 beschrijven een methode om muizenhart en longen te decellulariseren en een intacte schaal te genereren, die kan worden gebruikt om cellen te zaaien, en belangrijker nog, om de locatie/topologie en extracellulaire matrix (ECM) samenstelling van deze organen te begrijpen. De longen zijn bijzonder een veel voorkomende plaats van metastase voor verschillende tumortypen. Deze methode kan ook worden gebruikt om andere ECM schalmen te genereren. Collageen is een van de belangrijkste componenten van de ECM, en topologische veranderingen in fibrillaire collageen zijn geassocieerd met ziekteprogressie. Liu et al.7 bieden een open-source beeldanalysetool om fibrillaire collageen organisatie te kwantificeren vanaf hoog-dimensionale, hoge resolutie confocale tomografie beelden. Een deel van de relevantie van de ECM is zijn aanpasbaarheid aan externe factoren, zoals druk. De ECM neemt verschillende biofysische eigenschappen aan in reactie op deze externe factoren die tumorgroei kunnen beïnvloeden. Met behulp van collageen en fibrinogeen gels, introduceren Calitz et al.8 een biomimische model voor leverkanker die zijn ECM aanpasbaarheid in een 3D omgeving nabootst. De auteurs creëren experimentele omstandigheden die de biofysische eigenschappen van de fibrotische en cirrotische lever, evenals het hepatocellulair carcinoom (HCC) nastreeft om tumor-stroma interacties in de HCC te bestuderen. De gemaakte biomimetische modellen (die een breed scala aan stijfheid bedekken) vertonen meer representatieve behandelingsreacties in vergelijking met 2D culturen.
Andere heterotypische benaderingen om metastase na te bootsen, omvatten organoïdcultures, organen op chips, en/of microfluïdische co-cultuursystemen, die zich ontwikkelen tot complexe systemen om de co-cultuur van immuuncellen en kankercellen met zeer verschillende kweekconditiebehoeften mogelijk te maken. Chakrabarti et al.9 presenteren een organoïdsysteem dat T- en myeloide cellen omvat, evenals humaan-afgeleide autologe maagkankercellen in een organoïd/immuuncel co-cultuur die dient als een preklinisch model om de effectiviteit van gerichte therapie te voorspellen. De Ninno et al.10 beschrijven een soortgelijk concept met behulp van microfluïdische co-cultuursystemen compatibel met dynamische en multiparametrische metingen. De vervaardiging, zaaien, beeldvorming en analyse van kankercellen en de weefselmicro-omgeving (TME) van een nieuwe 3D microfluïdische bloedhersen niche (µmBBN) wordt beschreven door Oliver et al.11. De auteurs tonen het gebruik van kunstmatige intelligentie om de fenotypische verschillen van kankercellen te identificeren die in staat zijn om de bloed-hersenbarrière te overschrijden, en wijzen die cellen een objectieve hersenmetastatische potentieel toe. Dit kan worden gebruikt om basis- en translationele vragen over metastase, therapeutische effectiviteit en de rol van de TME in beide te beantwoorden.
Gezamenlijk bieden de auteurs die bijdragen aan deze collectie het TME en metastase veld een reeks innovatie