Смертность от рака во всем мире достигла 9,8 миллионаслучаев смерти в 2018 году 1, что подчеркивает необходимость развития улучшенной терапии. К сожалению, стоимость разработки противораковых препаратов растет, при этом разработка одного лекарства стоимостью около 650 миллионов долларов США2 указывает на необходимость совершенствования стратегий разработки новых противораковых препаратов. Раковые стволовые клетки (CSCs), которые характеризуются повышенной химиорезистентности3, способность к самообновлению, и способность семян новыхопухолей4, как полагают, несет ответственность за рецидив опухоли4, метастаз 5 , и химиорезистентность4,6, которые все способствуют злокачественной способности опухоли и, следовательно, высокий уровень смертности. При раке яичников, эти клетки находятся обогащенные в злокачественных асцитов жидкости в полости перитонеальной полости, состояние, связанное с плохими клиническими исходами1. В результате злокачественных возможностей CSCs, наблюдается толчок к разработке новых CSC ориентации наркотиков для использования в сочетании с традиционной химиотерапии. Существует ряд проблем, которые сопровождают разработку CSC ориентации наркотиков, включая: 1) трудности в расширении и поддержании CSCs in vitro; 2) нехватка образцов пациентов; 3) физиологическая значимость культурной платформы; и 4) неоднородность в чувствительности к лекарственным препаратам между пациентами. В этом протоколе излагается реализация платформы 3D-культуры с высокой пропускной стоимостью, которая может преодолеть каждую из этих проблем. В частности, эта система позволяет быстро скрининг атиса с использованием небольшого числа пациентов полученных яичников CSCs, и в значительной степени поддается вниз по течению методов анализа. В то время как идеально подходит для изучения рака яичников и CSCs, наша платформа также ценна в изучении других видов рака и дифференцированных типов клеток в сложных 3D-средах.
Сложные 3-мерные (3D) модели имеют решающее значение при изучении микроокружения опухоли (TME), которая представляет собой 3D нишу, состоящую из раковых клеток, нераковых поддерживающих клеток и внеклеточных матричных (ECM) белков4. Эта 3D-среда приводит к уникальной морфологии клеток, клеток и клеточной матрицы взаимодействий, дифференциации клеток, миграции клеток, плотности клеток, и диффузии градиентов по сравнению с традиционной 2D-клеточной культуры в пробирке4. Все эти факторы кульминацией дифференциальной реакции наркотиков в 3D культур, проявляя повышенную лекарственную устойчивость и физиологическую актуальность7,8. В связи с ролью 3D TME в дифференциации CSC и химиорезности, очень важно, чтобы экран для CSC ориентации наркотиков в физиологических микросредах. Улучшение физиологической значимости платформ скрининга наркотиков CSC имеет потенциал для улучшения пациента конкретных скрининга наркотиков, разработка лекарственных средств, формулировка стратегий лечения, и в конечном итоге клинические результаты. Не менее важно, чтобы платформа, используемая для скрининга лекарственных средств, была высокой пропускной способом исовместима с методами анализа вниз по течению, чтобы свести к минимуму затраты, время и время клинического перевода перспективных препаратов 9.
В настоящее время комплекс TME лучше всего поддерживать для применения скрининга наркотиков через in vivo модели, такие как морин сингенных моделей опухолей, клеточной линии полученных ксенотрансплантатов, и пациента полученных ксенотрансплантата (PDX) модели12, как они обеспечивают физиологические Условия. Тем не менее, низкая пропускная стоимость этих моделей, а также, стоимость, время и технические навыки, которые они требуют ограничивает их полезность в быстрой, высокой пропускной стьюбиния наркотиков скрининга приложений13. В качестве альтернативы этим моделям in vivo, многие модели in vitro 3D, используя гидрогели8, культуры в микрофлюидных устройствах или устройствах "орган-на-чипе"10,14, и неприсоединения культур3,8 были также разработаны, в связи с их низким барьером для входа с точки зрения стоимости, времени и требуемого набора навыков.
Платформы культуры гидрогеля выгодны в тонком контроле, предоставляемом над матричной композицией, механическими свойствами и матричной структурой15; однако, они могут ингибировать культуру клетки высокой плотности14. Кроме того, сбор клеток из гидрогелей может осложнить анализ ниже по течению, из-за потенциально вредного воздействия методов сбора урожая15. Микрофлюидические устройства, с другой стороны, являются микромасштабными устройствами, которые позволяют обнаруживать выход в пределах одного устройства и для клеточной культуры в физиологически значимых масштабах с минимальным потреблением реагентов, снижением времени реакции, минимичными отходами и быстрая диффузия14. Эти характеристики делают их перспективными платформами для исследования токсичности, эффективности и фармакокинетики. Тем не менее, проблемы эффективной, количественной, воспроизводимой и удобной для пользователя 3D-клеточной культуры, а также громоздких и дорогостоящих насосных систем ограничили микрофлюидные приложения в высокопроизводительных исследованиях10. Эффективные установки обнаружения и потенциально трудное внедрение в различных областях также препятствуют широкому внедрению микрофлюидных систем10.
Напротив, сфероиды, генерируемые в неприсоединения в вращающихся смесителях (нутаторах), сверхнизких пластинах крепления и висячих каплях, не включают в себя матричные компоненты, определяемые пользователем. Эти методики особенно актуальны для изучения рака яичников, так как несоблюдение условий являются репрезентативными условий, в которых сфероиды растут в полости перитонеальной полости5. В рамках этих неприсоединения методы культуры, nutator и висит падение сфероидов было показано, чтобы показать более высокое уплотнение, ремоделирование, и химиорезистентность по сравнению с сфероидами, генерируемых в ультра-низких пластин вложения, предлагая увеличение физиологических актуальность16,17,18,19. Из-за увеличения емкости для высокопроизводительного скрининга от меньших размеров скважин и минимальных требуемых номеров клеток, генерация сфероидов в висячих пластинах является идеальной платформой для скрининга наркотиков. Здесь мы представляем настраиваем 3D физиологические платформы в 384-хорошо висит падение пластин, что легко реализовать и высоко поддается вниз по течению анализа, что делает его идеальным для высокой пропускной способности наркотиков скрининга рака яичников и яичников CSCs.
Наша 3D физиологическая платформа обеспечивает все преимущества 3D-культуры, в том числе физиологические контакты клеток, градиенты диффузии, плотность клеток, и естественно производства белков ECM, которые могут способствовать реалистичным лекарственным реакциям16, 17,18,19. Кроме того, генерируя эти сфероиды с помощью CSCs, полученных из пациента, мы можем определить конкретные реакции пациента на препараты1 с большим количеством технических реплик одновременно, чтобы преодолеть неоднородность, которая может быть найдена в опухоли пациента образцы20. Кроме того, 3D-культура была показана дляповышения поддержания популяций CSC 3,16 и, таким образом, является репрезентативным для обогащенных популяций CSC в ascites7. Это в сочетании с легким анализом вниз по течению, включая анализ цитометрии потока жизнеспособности и пропорций CSC позволяет оптимально оценивать эффективность CSC, нацеленную на эффективность препарата. Наконец, эта физиологичная платформа совместима с визуализацией в несколько точек времени в ходе эксперимента, оценкой гибели клеток и пролиферации, организацией клеток и морфологией с иммуногистохимией, растворимым сигнализирующим с ELISA на условии средние, клеточные фенотипы с цитометрией потока и экспрессией генов после ПЦР.