Wielowymiarowy system kokultury do modelowania progresji raka płaskonabłonkowego płuca

Znaczenie dla przemysłu

Modelowanie oddziaływań między guzem a zrębem w fizjologicznie istotnym kontekście 3D wypełnia krytyczną lukę w procesie odkrywania leków na płaskonabłonkowego raka płuca, w którym konwencjonalne systemy 2D nie odzwierciedlają zaburzeń architektury nabłonka oraz fenotypów inwazyjnych. Ta platforma organoidowa umożliwia mechanistyczną redukcję ryzyka związanego z celami terapeutycznymi poprzez zachowanie plastyczności fenotypowej komórek nowotworowych i odtworzenie dynamicznych wpływów mikrośrodowiska, co zwiększa pewność prognostyczną w kampaniach walidacji celów i screeningu fenotypowego. Adaptowalność systemu do analizy końcowej pozycjonuje go jako wielokrotnego użytku narzędzie w przepływach pracy – od wczesnego etapu odkrywania po badania przedkliniczne – redukując tym samym odsetek niepowodzeń biologicznych w portfolio onkologicznym.

Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym

Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu

• Wartość naukowa: Weryfikuje hipotezy terapeutyczne poprzez modelowanie sposobu, w jaki interakcje między guzem a zrębem regulują architekturę nabłonkową podczas progresji raka.
• Wartość operacyjna: Umożliwia funkcjonalną walidację celów poprzez obserwację morfologii inwazyjnych indukowanych przez CAF oraz tworzenie struktur przypominających acini w systemie istotnym dla danej jednostki chorobowej.
• Wartość prognostyczna: Wspiera selekcję projektów badawczych poprzez uchwycenie plastyczności fenotypowej komórek płaskonabłonkowego raka płuc w odpowiedzi na sygnały z mikrośrodowiska.

Przesiewy i opracowywanie testów

• Wartość naukowa: Przygotowuje zwalidowane systemy biologiczne do screeningu związków, utrzymując morfologię przypominającą acini z prawidłową polaryzacją apikalno-bazalną przez przedłużone okresy hodowli.
• Wartość operacyjna: Standaryzuje odczyty testów poprzez mierzalne wyniki strukturalne, takie jak wielkość i liczba sferoidów oraz inwazyjne formacje w kształcie łzy powstające w odpowiedzi na sygnały ze strony stromy.
• Wartość skalowalności: Umożliwia ponowne wykorzystanie platformy do monitorowania leczenia farmakologicznego, ponieważ kokultura może zostać dostosowana do oceny odpowiedzi zarówno komórek nowotworowych, jak i fibroblastów związanych z rakiem na interwencje terapeutyczne.

Badania translacyjne i przedkliniczne

• Wartość translacyjna: Modeluje dynamikę układu istotną dla przebiegu choroby poprzez odtworzenie kluczowych cech architektury tkankowej raka płaskonabłonkowego płuca oraz oddziaływań stromy obserwowanych podczas tumorigennezy.
• Ciągłość przedkliniczna: Łączy etap odkryć z walidacją przedkliniczną, umożliwiając analizę wewnątrzkomórkowych i zewnątrzkomórkowych mechanizmów komórek nowotworowych sprzyjających destrukcji nabłonka, co pozwala na podejmowanie decyzji o dalszym rozwoju projektu w oparciu o ocenę ryzyka.
• Zgodność z biomarkerami: Wspiera translacyjne odkrywanie biomarkerów dzięki kompatybilności z późniejszymi etapami pracy, takimi jak immunofluorescencja, immunohistochemia oraz ekstrakcja RNA i białek.

Integracja potoku i przepływu pracy

Metoda ta integruje się z kontinuum procesu odkrywania leków – od testowania hipotez dotyczących punktu uchwytu, przez identyfikację związku wiodącego, aż po walidację przedkliniczną – dzięki możliwości modelowania dynamicznych oddziaływań między guzami a zrębem oraz umożliwieniu ilościowych odczytów fenotypowych.

• Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez i wyjaśnianie szlaków sygnałowych, wykazując, w jaki sposób wspólne osadzanie lub nakładanie CAF wspomaga tworzenie sferoidów i indukuje inwazyjne morfologie przypominające krople w acini TUM622.
• Przesiewanie: Zapewnia gotowość do przeprowadzania testów dzięki powtarzalnemu tworzeniu 3D kokultur, co umożliwia standaryzowaną ocenę wpływu związków na systemy kokultur guz-stroma.
• Analityka: Umożliwia ilościowe pomiary tworzenia struktur przypominających acini, rozwoju światła, wielkości sferoidów oraz wzorców migracji inwazyjnej w celu porównania warunków eksperymentalnych.
• Badania translacyjne: Łączy się z pracami przedklinicznymi poprzez modelowanie zaburzeń architektury nabłonka i inwazji napędzanej przez stromę, które są kluczowymi procesami w progresji raka istotnymi dla interwencji terapeutycznych.
• Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Funkcjonuje jako adaptowalna platforma, a nie jednorazowa technika, kompatybilna z aplikacjami immunofluorescencyjnymi, cytometrią przepływową oraz przesiewaniem leków w różnych projektach.

Wpływ operacyjny i przedsiębiorstwowy

• Wartość naukowa: Zapewnia pewność prognostyczną poprzez modelowanie plastyczności fenotypowej komórek nowotworowych oraz zależnych od stromy zmian morfologicznych w trójwymiarowym systemie raka płaskonabłonkowego płuc.
• Wartość operacyjna: Zapewnia standaryzację i powtarzalność dzięki określonym proporcjom komórek (2:1 CAF:TUM622), protokołom postępowania z macierzą oraz mierzalnym fenotypom strukturalnym.
• Wartość strategiczna: Usprawnia podejmowanie decyzji go/no-go poprzez minimalizację ryzyka związanego z celami terapeutycznymi dzięki obserwacji inwazji napędzanej przez mikrośrodowisko i rozpad nabłonka, co zmniejsza ryzyko niepowodzenia biologicznego na późnych etapach.
• Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację skorygowaną o ryzyko poprzez identyfikację celów, których modulacja wpływa na interakcje między guzem a stromą oraz przejścia z formy pęcherzykowej w inwazyjną w fizjologicznie istotnym modelu.

Wskazówki dotyczące wdrożenia

• Wymagana jest wiedza z zakresu hodowli komórek pierwotnych, pracy z trójwymiarową macierzą zewnątrzkomórkową oraz techniki sterylnej w celu przygotowania kokultury.
• Metoda jest zależna od dostępu do macierzy błony podstawnej, sprzętu z kontrolą temperatury (4°C, 37°C) oraz odwróconego mikroskopu świetlnego do oceny morfologii.
• Niezbędna jest standaryzacja procedur przygotowania komórek, mieszania macierzy i wysiewania pomiędzy zespołami, aby zapewnić spójne tworzenie struktur przypominających pęcherzyki u wszystkich użytkowników.
• Wymagane są rozważania dotyczące adaptacji metody przy rozszerzeniu jej na inne typy fibroblastów lub modele nowotworowe poza TUM622 oraz CAF związane z płaskonabłonkowym rakiem płuca.
• Ograniczenia praktyczne obejmują konieczność utrzymania macierzy w stanie ciekłym podczas zatapiania oraz ograniczony czas hodowli przed dezintegracją macierzy (~24 dni), co potwierdzają materiały źródłowe.

Najczęściej zadawane pytania dotyczące biofarmacji