Opzetten van een fysiologisch menselijk gevasculariseerd microtumormodel voor kankeronderzoek
15 september 2023
Dit protocol presenteert een fysiologisch relevant tumor-on-a-chip-model om basis- en translationeel kankeronderzoek bij mensen met een hoge doorvoer uit te voeren, het screenen van geneesmiddelen, ziektemodellering en gepersonaliseerde geneeskundebenaderingen te bevorderen met een beschrijving van laad-, onderhouds- en evaluatieprocedures.
Ons tumor-on-a-chip-platform is ontwikkeld om de groei van menselijke gevasculariseerde microtumoren fysiologisch te modelleren en stelt ons in staat om zowel fundamentele als translationele onderzoeksvragen te beantwoorden. Vragen die zich richten op basale tumorbiologie, werkzaamheid van geneesmiddelen, tumorresponsiviteit, onderliggende immunologische processen, mogelijke immunotherapeutische interventie en gepersonaliseerde therapiebenaderingen. Het effectief vertalen van preklinische ontdekkingen in krachtige kankerbehandelingen hangt af van het getrouw repliceren van de ziektetoestand en modelsystemen.
Dit protocol schetst de oprichting van de gevasculariseerde microtumor, of VMT, om de micro-omgeving van de tumor in vitro na te bootsen. De VMT reproduceert getrouw de belangrijkste aspecten van een menselijke tumor, wat klinisch relevante bevindingen oplevert. Ons model stelt ons in staat om fysiologisch relevant, translationeel kankeronderzoek bij de mens uit te voeren.
In het bijzonder bevat ons protocol, in tegenstelling tot andere modellen, dynamische stroomcondities, maakt het de integratie van immuuncellen en immunotherapie mogelijk en stelt het ons verder in staat om gepersonaliseerde geneeskundebenaderingen op te nemen. We gebruiken het VMT-model om initiatieven op het gebied van gepersonaliseerde geneeskunde vooruit te helpen, zowel in de preklinische als in de klinische arena. Dit model verdiept ons begrip van micro-omgevingsfactoren in cel-celinteracties, die therapeutische resistentie en kankerprogressie beïnvloeden.
Bovendien is de VMT veelbelovend in het ontdekken van op maat gemaakte patiëntspecifieke behandelingen voor verbeterde klinische zorg.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit artikel presenteert een gedetailleerd protocol voor het opzetten van een gevasculariseerde microtumor (VMT) of tumor-on-a-chip platform dat de menselijke tumormicro-omgeving in vitro nauwkeurig nabootst. Het VMT-systeem integreert meerdere menselijke celtypen onder dynamische stroomcondities binnen een microfluïdisch apparaat, waardoor de studie van tumorbiologie, drugsefficiëntie, immuuninteracties en gepersonaliseerde geneeskundige benaderingen in een fysiologisch relevante context mogelijk wordt.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Kankerbiologie
- Modellering van de tumormicro-omgeving
- Weefselengineering
- Microfluïdica
Achtergrond
- Traditionele in vitro kankermodellen slagen er vaak niet in om de complexiteit van de tumoromgeving na te bootsen.
- Effectief preklinisch onderzoek en de ontwikkeling van therapieën vereisen modellen die vascularisatie en fysiologische barrières bevatten.
- Het VMT-platform pakt deze beperkingen aan door de novo vasculaire netwerken te vormen en tumorgroei onder flowcondities te ondersteunen.
- Integratie van immuuncellen en hoge-resolutie beeldvormingsmogelijkheden maakt geavanceerde studies naar tumor-immuuninteracties en metastasering mogelijk.
Doel van de studie
- Het ontwikkelen en valideren van een microfysiologisch systeem dat de menselijke tumormicro-omgeving in vitro nabootst.
- Het mogelijk maken van translationeel onderzoek naar tumorbiologie, geneesmiddelrespons en immunotherapie.
- Het faciliteren van gepersonaliseerde geneeskunde door het platform aan te passen voor patiëntafgeleide cellen en op maat gemaakte behandelingen.
Gebruikte methoden
- Voorbereiding van celsuspensies en componenten van de extracellulaire matrix (fibrinogeen, trombine, laminine).
- Laden van cel-matrixmengsels in UV-gesteriliseerde microfluïdische platen en polymerisatie van de gel.
- Instellen van een dynamische stroom en perfusie van media door de microkanalen.
- Microscopische beeldvorming om de vorming van het vasculaire netwerk, de celdistributie en functionele assays (bijv. FITC-dextran perfusie) te monitoren.
- Perfusie van kankercellen en immuuncellen (bijv. T-cellen) om extravasatie en cel-celinteracties te bestuderen.
Belangrijkste resultaten
- Endotheelcellen vormden binnen vier dagen continue, geperfuseerde vasculaire netwerken, wat werd bevestigd door minimale lekkage van FITC-dextran.
- Kankercellen die in het systeem werden geperfuseerd, hechtten zich aan het endotheel en extravaseerden, waarbij binnen 24 uur micrometastasen ontstonden.
- Time-lapse imaging demonstreerde een snelle adhesie van T-cellen en extravasatie naar de tumoromgeving.
- Het VMT-model behield tumorheterogeniteit, genexpressiesignaturen en drugrespons-profielen die vergelijkbaar waren met in vivo tumoren.
Conclusies
- Het VMT-platform biedt een robuust, fysiologisch relevant model voor het bestuderen van de menselijke tumorbiologie en therapeutische responsen.
- Het maakt onderzoek mogelijk naar de dynamiek van immuuncellen, barrières voor geneesmiddeltoediening en gepersonaliseerde behandelstrategieën.
- Deze aanpak bevordert zowel het fundamentele als het translationele kankeronderzoek door de kloof tussen traditionele in vitro-modellen en de klinische realiteit te overbruggen.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Leidinggevenden
Fysiologisch relevante tumormodellen blijven een kritiek knelpunt voor voorspellende oncologische geneesmiddelenontwikkeling en translationeel onderzoek. Het platform voor gevasculariseerde microtumoren (VMT) maakt een getrouwe reproductie van de menselijke tumormicro-omgeving mogelijk, wat een robuuste evaluatie van geneesmiddelentoediening, infiltratie van immuuncellen en therapeutische respons ondersteunt. Dit systeem verhoogt de voorspellende betrouwbaarheid bij het preklinische omslagpunt, wat een directe impact heeft op de portfolio-triage en initiatieven voor gepersonaliseerde geneeskunde.
Strategische Toepassingen in Biopharma R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Maakt onderzoek mogelijk naar de tumorbiologie en micro-omgevingsmechanismen die therapeutische resistentie beïnvloeden.
- Ondersteunt de functionele validatie van targets binnen een mens-relevante, gevasculariseerde context.
- Faciliteert mechanistische risicoreductie door immuun-tumor- en stromale interacties te modelleren.
- Verbetert het voorspellend vertrouwen voor het doorvoeren van kandidaat-targets in screeningspipelines.
Screening & Assayontwikkeling
- Biedt een gestandaardiseerd, reproduceerbaar platform voor kwantitatieve assays naar drugseffectiviteit en extravasatie van immuuncellen.
- Maakt imaging met hoge resolutie en directe visualisatie van het gedrag van verbindingen en cellen in een geperfuseerde micro-omgeving mogelijk.
- Ondersteunt de schaalbaarheid van assays en het hergebruik van het platform voor diverse tumortypes en patiëntafgeleide monsters.
- Levert fysiologisch relevante resultaten voor de prioritering van verbindingen en mechanistische studies.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Komt overeen met ziekte-relevante menselijke tumorheterogeniteit en genexpressiesignaturen.
- Maakt continuïteit mogelijk van ontdekking tot preklinische validatie met behulp van primaire patiëntencellen.
- Ondersteunt de ontdekking van translationele biomarkers en de evaluatie van gepersonaliseerde therapeutische strategieën.
- Vermindert het translationele risico door in vivo-achtige barrières voor geneesmiddelentoediening en immuunresponsen te modelleren.
Integratie van Pipeline & Workflow
Het VMT-platform slaat een brug tussen vroege ontdekking, lead-identificatie en translationeel onderzoek door een fysiologisch relevant, schaalbaar systeem te bieden voor hypothesetesten en drugevaluatie.
- Ontdekkingsbiologie: Modelleert interacties tussen tumor-immuunsysteem en stroma om pathway-afhankelijkheden en resistentiemechanismen te verduidelijken.
- Screening: Levert reproduceerbare, kwantitatieve resultaten voor drug- en immuuncel-assays onder dynamische stroomcondities.
- Analytiek: Maakt high-content imaging en kwantitatieve meting van extravasatie, metastase en therapeutische respons mogelijk.
- Translationeel onderzoek: Ondersteunt biomarker-alignement en gepersonaliseerde geneeskunde door het gebruik van primaire patiënt-afgeleide cellen.
- Bedrijfsbrede herbruikbaarheid: Aanpasbaar voor verschillende tumortypes en onderzoeksprogramma's, wat platformstandaardisatie en vergelijkbaarheid tussen projecten ondersteunt.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen en vermindert mechanistische ambiguïteit in oncologisch onderzoek.
- Operationele waarde: Standaardiseert complexe tumor modellering en maakt reproduceerbare, schaalbare workflows mogelijk.
- Strategische waarde: Verbetert de kwaliteit van go/no-go beslissingen en de kapitaalefficiëntie door risico's van vroege kandidaten te verminderen.
- Portfolio-impact: Ondersteunt risico-gecorrigeerde prioritering en de verdere ontwikkeling van activa met gevalideerd translationeel potentieel.
Overwegingen voor de implementatie
- Vereist expertise in microfluidica, tissue engineering en geavanceerde beeldvorming.
- Vereist toegang tot gespecialiseerde instrumentatie voor het hanteren van microfluidische apparaten en live-cell imaging.
- Maakt cross-team standaardisatie van celbronnen, co-culturecondities en analytische protocollen noodzakelijk.
- Aanpasbaar aan een reeks tumortypes en primaire patiëntmonsters door middel van protocoloptimalisatie.
- Praktische beperkingen omvatten throughput-beperkingen en de noodzaak voor rigoureuze validatie van nieuwe celbronnen.
Veelgestelde vragen over Biofarma
Chapters in this video
0:00
Introduction
1:41
Preparing a Vascularized Micro‐Tumor System Using Human Cells for Studying Tumors and Drug Responses
3:34
Introducing Human Cells intoa Microfluidic Device to Investigate Tumor Progression in a Vascularized Micro‐Tumor System
