Esta coleção retrata sistemas além dos métodos experimentais tradicionais de pesquisa do câncer para o estudo do microambiente tumoral, um elemento essencial para o crescimento e metástase tumoral. Esses sistemas são tridimensionais, envolvem imagens de alta profundidade e alta resolução (muitas vezes ao longo do tempo, exigindo ferramentas complexas de análise de imagem) e usam tecido derivado do paciente e/ou empregam andaimes sintéticos ou descelularizados.
Para doenças com necessidades clínicas não atendidas, como câncer de pâncreas, colorretal e cerebral, nas quais a traduzibilidade de modelos singênicos ou de xenoenxerto de camundongos é baixa, o estabelecimento e a expansão de biobancos são essenciais. Bürtin et al.1 fornecem um guia sobre como eles conseguem isso, incluindo a expansão do material do doador em xenoenxertos derivados de pacientes (PDXs), estabelecendo assim um biobanco vivo que recapitula de perto a histologia e os cursos da doença dos pacientes. Por meio da otimização constante do protocolo e da estreita colaboração e comunicação com a equipe cirúrgica, os autores relatam taxas de crescimento de 63% para PDXs colorretais e 48% para PDXs pancreáticas. Esse progresso fica aquém de ser útil como um proxy de teste-tratamento para pacientes individuais com necessidade imediata de opções de tratamento, apenas devido ao longo período de tempo necessário para o estabelecimento do modelo. No entanto, é útil para entender melhor a biologia do tumor e ajudar futuros pacientes com características tumorais semelhantes. Além disso, Tew et al.2 descrevem o estabelecimento e o uso de PDXs metastáticos do sistema nervoso central (SNC), destacando a importância da via de inoculação tecidual para o sucesso do crescimento e dos propósitos de estudo.
Alternativamente aos modelos PDX, as culturas ex vivo de fatias tumorais derivadas de pacientes fornecem um sistema potencialmente mais rápido e econômico, com uma matriz e arquitetura nativas - multicelulares e heterotípicas - que podem ser usadas para testar as respostas aos medicamentos. Braun et al.3 apresentam suas culturas organotípicas (OTSCs) para tumores primários pancreáticos e metástases. Eles transmitem um método de estabelecimento e monitoramento de xenoenxerto, incluindo: fabricação de um dispositivo para suportar imagens ao vivo da fatia ex vivo ; coleta de fatias tumorais; cultura slice e crescimento ex vivo ; e imagem e análise de imagem. Em outro exemplo, Ciraku et al.4 fornecem um método abrangente para estudar metástases cerebrais e seu tratamento por meio do uso de fatias de tumores metastáticos cerebrais ex vivo .
O tecido adjacente ao tumor e a matriz extracelular também são fundamentais para entender completamente a metástase. Jelinek et al.5 fornecem um PDX para estudar o impacto dos fibroblastos associados ao câncer no crescimento do tumor, usando fibroblastos dérmicos derivados de pacientes para co-injetar com linhagens celulares de melanoma humano. Mayorca-Guiliani et al.6 descrevem um método para descelularizar o coração e os pulmões de camundongos e gerar um andaime intacto, que pode ser usado para semear células e, mais importante, para entender a localização/topologia e a composição da matriz extracelular (MEC) desses órgãos. Os pulmões são particularmente um local muito comum de metástase para vários tipos de tumores. Este método também pode ser usado para gerar outros andaimes ECM. O colágeno é um dos principais componentes da MEC, e alterações topológicas no colágeno fibrilar têm sido associadas à progressão da doença. Liu et al.7 fornecem uma ferramenta de análise de imagem de código aberto para quantificar a organização do colágeno fibrilar a partir de imagens de tomografia confocal de alta dimensão e alta resolução. Parte da relevância do ECM é sua adaptabilidade a fatores externos, como pressão. A ECM adota diferentes propriedades biofísicas em resposta a esses fatores externos que podem afetar o crescimento do tumor. Usando géis de colágeno e fibrinogênio, Calitz et al.8 apresentam um modelo biomimético para câncer de fígado que imita sua sintonia de ECM em um ambiente 3D. Os autores criam condições experimentais que recapitulam as propriedades biofísicas do fígado fibrótico e cirrótico, bem como do carcinoma hepatocelular (CHC) para estudar as interações tumor-estroma no CHC. Os modelos biomiméticos criados (cobrindo uma ampla gama de rigidez) exibem respostas de tratamento mais representativas quando comparados às culturas 2D.
Outras abordagens heterotípicas para mimetizar metástases incluem culturas organoides, órgãos em chips e / ou sistemas de cocultura microfluídica, que estão evoluindo para sistemas complexos para acomodar a cocultura de células imunes e cancerígenas com necessidades de condição de cultura muito diferentes. Chakrabarti et al.9 apresentam um sistema organoide que inclui células T e mieloides, bem como células de câncer gástrico autólogo derivadas de humanos em uma co-cultura de células organoide/imunes que serve como um modelo pré-clínico para prever a eficácia da terapia direcionada. De Ninno et al.10 descrevem um conceito semelhante usando sistemas de co-cultura microfluídica compatíveis com medidas dinâmicas e multiparamétricas. A fabricação, semeadura, imagem e análise de células cancerígenas e do microambiente tecidual (TME) de um novo nicho cerebral sanguíneo microfluídico 3D (μmBBN) é descrita por Oliver et al.11. Os autores mostram o uso de inteligência artificial para identificar as diferenças fenotípicas das células cancerígenas que são capazes de ultrapassar a barreira hematoencefálica e atribuir a essas células um potencial metastático cerebral objetivo. Isso pode ser usado para responder a perguntas básicas e translacionais sobre metástase, eficácia terapêutica e o papel do TME em ambos.
Coletivamente, os autores que contribuem para esta coleção fornecem ao campo de TME e metástase uma variedade de métodos inovadores e prontos para uso para responder a questões-chave que as culturas monotípicas in vitro 2D não podem abordar. Em última análise, a ampla implementação desses métodos melhorará nossa compreensão dos ecossistemas tumorais e, portanto, ajudará no desenvolvimento de terapias direcionadas ao TME contra a doença metastática, uma condição que continua sendo um desafio para tratar e com alto impacto na sobrevida e na qualidade de vida dos pacientes.