В этой коллекции представлены системы, выходящие за рамки традиционных экспериментальных методов исследования рака, для изучения микроокружения опухоли, важного элемента для роста опухоли и метастазирования. Такие системы являются трехмерными, включают в себя визуализацию с высокой глубиной и высоким разрешением (часто с течением времени, что требует сложных инструментов анализа изображений) и используют ткани, полученные от пациента, и/или используют синтетические или децеллюляризованные каркасы.
Для заболеваний с неудовлетворенными клиническими потребностями, таких как рак поджелудочной железы, колоректальный рак и рак головного мозга, при которых переводимость мышиных сингенных или ксенотрансплантатов низкая, создание и расширение биобанков имеет важное значение. Bürtin et al.1 дают руководство о том, как они достигают этого, включая расширение донорского материала в ксенотрансплантаты, полученные от пациента (PDX), тем самым создавая живой биобанк, который точно повторяет гистологию пациентов и течение заболеваний. Благодаря постоянной оптимизации протокола, тесному сотрудничеству и коммуникации с хирургическим персоналом, авторы сообщают о показателях роста в 63% для колоректальных PDX и 48% для PDX поджелудочной железы. Этот прогресс не может быть полезен в качестве тестового показателя лечения для отдельных пациентов, непосредственно нуждающихся в вариантах лечения, исключительно из-за длительного периода времени, необходимого для создания модели. Тем не менее, это полезно для лучшего понимания биологии опухоли и помощи будущим пациентам с аналогичными характеристиками опухоли. Кроме того, Tew et al.2 описывают создание и использование метастатических PDX в центральной нервной системе (ЦНС), подчеркивая важность пути инокуляции тканей для успешного роста и исследовательских целей.
В качестве альтернативы PDX-моделям, полученные от пациента культуры опухолей ex vivo обеспечивают потенциально более быструю и экономичную систему с нативной матрицей и архитектурой — как многоклеточной, так и гетеротипической, — которую можно использовать для тестирования реакции на лекарственные препараты. Braun et al.3 представляют свои органотипические культуры срезов (OTSC) для первичных опухолей и метастазов поджелудочной железы. Они передают метод создания и мониторинга ксенотрансплантата, в том числе: производство устройства для поддержки визуализации среза ex vivo в реальном времени; забор опухолевых срезов; срезовая культура и выращивание ex vivo ; а также визуализация и анализ изображений. В другом примере, Ciraku et al.4 предлагают комплексный метод изучения метастазов в головном мозге и их лечения с помощью срезов метастатической опухоли головного мозга ex vivo .
Прилегающие к опухоли ткани и внеклеточный матрикс также являются ключом к полному пониманию метастазирования. Jelinek et al.5 предлагают PDX для изучения влияния ассоциированных с раком фибробластов на рост опухоли с использованием дермальных фибробластов, полученных от пациента, для совместной инъекции с клеточными линиями меланомы человека. Mayorca-Guiliani et al.6 описывают метод децеллюляризации сердца и легких мышей и создания неповрежденного каркаса, который может быть использован для посева клеток и, что более важно, для понимания расположения/топологии и состава внеклеточного матрикса (ECM) этих органов. Легкие являются особенно распространенным местом метастазирования для нескольких типов опухолей. Этот метод также может быть использован для генерации других каркасов ECM. Коллаген является одним из основных компонентов ВКМ, и топологические изменения в фибриллярном коллагене связаны с прогрессированием заболевания. Liu et al.7 предоставляют инструмент анализа изображений с открытым исходным кодом для количественной оценки организации фибриллярного коллагена по высокоразмерным изображениям конфокальной томографии с высоким разрешением. Отчасти актуальность ЭБУ заключается в ее адаптивности к внешним факторам, таким как давление. ВКМ принимает различные биофизические свойства в ответ на эти внешние факторы, которые могут повлиять на рост опухоли. Используя гели коллагена и фибриногена, Calitz et al.8 представили биомиметическую модель рака печени, которая имитирует его настройку ECM в 3D-среде. Авторы создают экспериментальные условия, которые повторяют биофизические свойства фиброзной и цирротической печени, а также гепатоцеллюлярной карциномы (ГЦК) для изучения взаимодействия опухоли и стромы в ГЦК. Созданные биомиметические модели (охватывающие широкий диапазон жесткости) демонстрируют более репрезентативные реакции на лечение по сравнению с 2D-культурами.
Другие гетеротипические подходы к имитации метастазирования включают органоидные культуры, органы на чипах и/или микрофлюидные системы совместного культивирования, которые развиваются в сложные системы для размещения ко-культур иммунных и раковых клеток с очень разными потребностями в условиях культивирования. Chakrabarti et al.9 представляют органоидную систему, которая включает Т- и миелоидные клетки, а также аутологичные клетки рака желудка человеческого происхождения в кокультуре органоидных и иммунных клеток, которая служит доклинической моделью для прогнозирования эффективности таргетной терапии. De Ninno et al.10 описывают аналогичную концепцию с использованием микрофлюидных систем сокультуры, совместимых с динамическими и многопараметрическими измерениями. Производство, посев, визуализация и анализ раковых клеток и тканевого микроокружения (TME) новой 3D-микрофлюидной ниши крови и мозга (μmBBN) описаны Oliver et al.11. Авторы показывают использование искусственного интеллекта для выявления фенотипических различий раковых клеток, способных преодолевать гематоэнцефалический барьер, и приписывать этим клеткам объективный метастатический потенциал мозга. Это может быть использовано для ответа на основные и трансляционные вопросы о метастазировании, терапевтической эффективности и роли ТМЭ в обоих направлениях.
Коллективно, авторы, вносящие свой вклад в эту коллекцию, предоставляют ТМЭ и метастазированию ряд инновационных, готовых к использованию методов для ответа на ключевые вопросы, которые не могут быть решены 2D-монотипическими культурами in vitro . В конечном счете, широкое внедрение этих методов улучшит наше понимание опухолевых экосистем и, следовательно, поможет в разработке таргетной терапии TME против метастатического заболевания, состояния, которое остается сложным для лечения и оказывает большое влияние на выживаемость и качество жизни пациентов.