Kolekcja ta przedstawia systemy wykraczające poza tradycyjne metody eksperymentalne badań nad rakiem do badania mikrośrodowiska guza, elementu niezbędnego do wzrostu guza i przerzutów. Takie systemy są trójwymiarowe, obejmują obrazowanie o dużej głębokości i wysokiej rozdzielczości (często w czasie, co wymaga złożonych narzędzi do analizy obrazowania) i wykorzystują tkankę pochodzącą od pacjenta i/lub wykorzystują syntetyczne lub pozbawione komórek rusztowania.
W przypadku chorób o niezaspokojonych potrzebach klinicznych, takich jak rak trzustki, jelita grubego i mózgu, w których zdolność do translatacji mysich modeli syngenicznych lub ksenoprzeszczepów jest niska, niezbędne jest utworzenie i rozbudowa biobanków. Bürtin i wsp.1 dostarczają przewodnika na temat tego, w jaki sposób to osiągają, w tym ekspansji materiału dawcy do ksenoprzeszczepów pobranych od pacjentów (PDX), tworząc w ten sposób żywy biobank, który dokładnie podsumowuje histologię i przebieg choroby pacjentów. Dzięki ciągłej optymalizacji protokołu oraz ścisłej współpracy i komunikacji z personelem chirurgicznym, autorzy zgłaszają wskaźniki wzrostu wynoszące 63% dla PDX jelita grubego i 48% dla PDX trzustki. Postęp ten nie jest przydatny jako wskaźnik zastępczy między testem a leczeniem dla indywidualnych pacjentów pilnie potrzebujących opcji leczenia, wyłącznie ze względu na długi okres czasu wymagany do ustanowienia modelu. Niemniej jednak przydatne jest lepsze zrozumienie biologii guza i pomoc przyszłym pacjentom o podobnych cechach guza. Ponadto Tew i wsp.2 opisują tworzenie i stosowanie przerzutowych PDX ośrodkowego układu nerwowego (OUN), podkreślając znaczenie drogi inokulacji tkanek dla pomyślnego wzrostu i celów badawczych.
Alternatywnie do modeli PDX, hodowle ex vivo plastrów guza pochodzące od pacjentów zapewniają potencjalnie szybszy i bardziej ekonomiczny system, z natywną matrycą i architekturą - zarówno wielokomórkową, jak i heterotypową - które można wykorzystać do testowania odpowiedzi na leki. Braun i wsp.3 prezentują swoje organotypowe kultury plastrów (OTSC) dla pierwotnych guzów trzustki i przerzutów. Przedstawiają one metodę tworzenia i monitorowania ksenoprzeszczepów, w tym: produkcję urządzenia wspomagającego obrazowanie na żywo wycinka ex vivo ; zbieranie plastrów guza; hodowla plastrów i wzrost ex vivo ; oraz obrazowanie i analiza obrazu. W innym przykładzie, Ciraku i wsp.4 zapewniają kompleksową metodę badania przerzutów do mózgu i ich leczenia poprzez zastosowanie ex vivo przerzutowych wycinków guza mózgu.
Tkanka przylegająca do guza i macierz zewnątrzkomórkowa są również kluczem do pełnego zrozumienia przerzutów. Jelinek i wsp.5 dostarczają PDX do badania wpływu fibroblastów związanych z rakiem na wzrost guza, wykorzystując fibroblasty skórne pochodzące od pacjenta do jednoczesnego wstrzykiwania z ludzkimi liniami komórkowymi czerniaka. Mayorca-Guiliani i wsp.6 opisują metodę decelularyzacji serca i płuc myszy oraz generowania nienaruszonego rusztowania, które można wykorzystać do wysiewu komórek, a co ważniejsze, do zrozumienia lokalizacji/topologii i składu macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM) tych narządów. Płuca są szczególnie częstym miejscem przerzutów w przypadku kilku typów nowotworów. Metoda ta może być również wykorzystana do generowania innych rusztowań ECM. Kolagen jest jednym z głównych składników ECM, a zmiany topologiczne w kolagenie fibrylarnym są związane z postępem choroby. Liu i wsp.7 zapewniają narzędzie do analizy obrazów o otwartym kodzie źródłowym do ilościowego określania organizacji kolagenu fibrylarnego na podstawie wysokowymiarowych obrazów tomografii konfokalnej o wysokiej rozdzielczości. Jednym z istotnych elementów ECM jest jego zdolność adaptacji do czynników zewnętrznych, takich jak ciśnienie. ECM przyjmuje różne właściwości biofizyczne w odpowiedzi na te czynniki zewnętrzne, które mogą wpływać na wzrost guza. Korzystając z żeli kolagenowych i fibrynogenowych, Calitz i wsp.8 wprowadzają biomimetyczny model raka wątroby, który naśladuje jego dostrajalność ECM w środowisku 3D. Autorzy stworzyli warunki eksperymentalne, które podsumowują właściwości biofizyczne zwłóknienionej i marskowej wątroby, a także raka wątrobowokomórkowego (HCC) w celu zbadania interakcji guz-zrąb w HCC. Stworzone modele biomimetyczne (obejmujące szeroki zakres sztywności) wykazują bardziej reprezentatywne odpowiedzi zabiegowe w porównaniu z hodowlami 2D.
Inne heterotypowe podejścia do naśladowania przerzutów obejmują hodowle organoidów, systemy kohodowli narządów na chipach i/lub mikroprzepływowe systemy kohodowli, które ewoluują w złożone systemy, aby dostosować się do kokultury komórek odpornościowych i nowotworowych o bardzo różnych potrzebach w zakresie warunków hodowli. Chakrabarti i wsp.9 prezentują system organoidów, który obejmuje komórki T i mieloidalne, a także autologiczne komórki raka żołądka pochodzenia ludzkiego w kokulturze organoidów i komórek odpornościowych, która służy jako model przedkliniczny do przewidywania skuteczności terapii celowanej. De Ninno i wsp.10 opisują podobną koncepcję z wykorzystaniem mikroprzepływowych systemów kohodowli kompatybilnych z pomiarami dynamicznymi i wieloparametrycznymi. Wytwarzanie, wysiewanie, obrazowanie i analiza komórek nowotworowych i mikrośrodowiska tkankowego (TME) nowej mikroprzepływowej niszy 3D krew i mózg (μmBBN) opisano przez Olivera i wsp.11. Autorzy pokazują wykorzystanie sztucznej inteligencji do identyfikacji różnic fenotypowych komórek nowotworowych, które są w stanie przekroczyć barierę krew-mózg, i przypisania tym komórkom obiektywnego potencjału przerzutowego do mózgu. Można to wykorzystać do udzielenia odpowiedzi na podstawowe i translacyjne pytania dotyczące przerzutów, skuteczności terapeutycznej i roli TME w obu.
Wspólnie, autorzy współtworzący tę kolekcję dostarczają TME i dziedzinie przerzutów szereg innowacyjnych, gotowych do użycia metod, aby odpowiedzieć na kluczowe pytania, na które monotypowe hodowle 2D in vitro nie są w stanie odpowiedzieć. Ostatecznie, szerokie zastosowanie tych metod poprawi naszą wiedzę na temat ekosystemów nowotworowych, a tym samym pomoże w opracowaniu terapii celowanych TME przeciwko chorobie przerzutowej, schorzeniu, które pozostaje wyzwaniem w leczeniu i ma duży wpływ na przeżycie i jakość życia pacjentów.