Bu koleksiyon, tümör büyümesi ve metastazı için temel bir unsur olan tümör mikroçevresinin incelenmesi için geleneksel kanser araştırma deneysel yöntemlerinin ötesindeki sistemleri tasvir etmektedir. Bu tür sistemler üç boyutludur, yüksek derinlikli ve yüksek çözünürlüklü görüntüleme içerir (genellikle zamanla, bu nedenle karmaşık görüntüleme analiz araçları gerektirir) ve hastadan türetilmiş doku kullanır ve/veya sentetik veya hücresizleştirilmiş yapı iskeleleri kullanır.
Fare sinjeneik veya ksenograft modellerinin çevrilebilirliğinin düşük olduğu pankreas, kolorektal ve beyin kanseri gibi karşılanmamış klinik ihtiyaçları olan hastalıklar için biyobankaların kurulması ve genişletilmesi esastır. Bürtin ve ark.1 , donör materyalinin hasta kaynaklı ksenogreftlere (PDX'ler) genişletilmesi de dahil olmak üzere bunu nasıl başardıklarına dair bir rehber sunmakta ve böylece hastaların histolojisini ve hastalık seyrini yakından özetleyen canlı bir biyobanka oluşturmaktadır. Sürekli protokol optimizasyonu ve cerrahi personel ile yakın işbirliği ve iletişim sayesinde yazarlar, kolorektal PDX'ler için %63 ve pankreas PDX'leri için %48'lik büyüme oranları bildirmektedir. Bu ilerleme, yalnızca model oluşturma için gereken uzun süre nedeniyle, acil tedavi seçeneklerine ihtiyaç duyan bireysel hastalar için bir test-tedavi vekili olarak yararlı olmaktan uzaktır. Yine de tümör biyolojisini daha iyi anlamak ve benzer tümör özelliklerine sahip gelecekteki hastalara yardımcı olmak yararlıdır. Ek olarak, Tew ve ark.2 merkezi sinir sistemi (CNS) metastatik PDX'lerinin kurulmasını ve kullanımını tanımlayarak, başarılı büyüme ve çalışma amaçları için doku aşılama yolunun önemini vurgulamaktadır.
PDX modellerine alternatif olarak, hastadan türetilen tümör dilimi ex vivo kültürler, ilaç yanıtlarını test etmek için kullanılabilen doğal bir matris ve mimari (hem çok hücreli hem de heterotipik) ile potansiyel olarak daha hızlı ve daha ekonomik bir sistem sağlar. Braun ve ark.3 pankreas primer tümörleri ve metastazları için organotipik kesit kültürlerini (OTSC'ler) sunmuşlardır. Ksenogreft oluşturma ve izlemeden aşağıdakileri içeren bir yöntem aktarırlar: ex vivo dilimin canlı görüntülenmesini desteklemek için bir cihazın üretilmesi; tümör dilimi toplama; dilim kültürü ve ex vivo büyüme; ve görüntüleme ve görüntü analizi. Başka bir örnekte, Ciraku ve ark.4 ex vivo beyin metastatik tümör kesitleri kullanarak beyin metastazlarını ve tedavilerini incelemek için kapsamlı bir yöntem sunmaktadır.
Tümöre komşu doku ve hücre dışı matris de metastazı tam olarak anlamak için anahtardır. Jelinek ve ark.5 , insan melanom hücre dizileri ile birlikte enjekte etmek için hasta kaynaklı dermal fibroblastları kullanarak kanserle ilişkili fibroblastların tümör büyümesi üzerindeki etkisini incelemek için bir PDX sağlar. Mayorca-Guiliani ve ark.6 , farelerin kalbini ve akciğerlerini hücresizleştirmek ve hücreleri tohumlamak ve daha da önemlisi bu organların yerini/topolojisini ve hücre dışı matris (ECM) bileşimini anlamak için kullanılabilecek sağlam bir iskele oluşturmak için bir yöntem tanımlamaktadır. Akciğerler özellikle çeşitli tümör tipleri için çok yaygın bir metastaz bölgesidir. Bu yöntem aynı zamanda diğer ECM iskelelerini oluşturmak için de kullanılabilir. Kolajen, ECM'nin ana bileşenlerinden biridir ve fibriler kolajendeki topolojik değişiklikler hastalığın ilerlemesi ile ilişkilendirilmiştir. Liu ve ark.7 , yüksek boyutlu, yüksek çözünürlüklü konfokal tomografi görüntülerinden fibriler kollajen organizasyonunu ölçmek için açık kaynaklı bir görüntü analiz aracı sunmaktadır. ECM'nin öneminin bir kısmı, basınç gibi dış faktörlere uyarlanabilirliğidir. ECM, tümör büyümesini etkileyebilecek bu dış faktörlere yanıt olarak farklı biyofiziksel özellikler benimser. Calitz ve ark.8 kollajen ve fibrinojen jelleri kullanarak karaciğer kanseri için ECM ayarlanabilirliğini 3 boyutlu ortamda taklit eden bir biyomimetik model sunmuştur. Yazarlar, HCC'deki tümör-stroma etkileşimlerini incelemek için fibrotik ve sirotik karaciğerin yanı sıra hepatoselüler karsinomun (HCC) biyofiziksel özelliklerini özetleyen deneysel koşullar yaratırlar. Oluşturulan biyomimetik modeller (geniş bir sertlik aralığını kapsayan), 2D kültürlere kıyasla daha temsili tedavi yanıtları sergiler.
Metastazı taklit etmeye yönelik diğer heterotipik yaklaşımlar arasında, çok farklı kültür koşulu ihtiyaçları olan bağışıklık ve kanser hücrelerinin ko-kültürünü barındırmak için karmaşık sistemlere dönüşen organoid kültürler, çipler üzerindeki organ ve/veya mikroakışkan ko-kültür sistemleri yer alır. Chakrabarti ve ark.9 , hedefe yönelik tedavi etkinliğini tahmin etmek için klinik öncesi bir model olarak hizmet veren bir organoid/immün hücre ko-kültüründe T ve miyeloid hücrelerin yanı sıra insan kaynaklı otolog mide kanseri hücrelerini içeren bir organoid sistem sunmaktadır. De Ninno ve ark.10 dinamik ve multiparametrik ölçümlerle uyumlu mikroakışkan ko-kültür sistemlerini kullanarak benzer bir kavramı tanımlamışlardır. Yeni bir 3D mikroakışkan kan beyin nişinin (μmBBN) kanser hücrelerinin ve doku mikroçevresinin (TME) üretimi, tohumlanması, görüntülenmesi ve analizi Oliver ve ark.11 tarafından tanımlanmıştır. Yazarlar, kan beyin bariyerini aşabilen kanser hücrelerinin fenotipik farklılıklarını belirlemek ve bu hücrelere objektif bir beyin metastatik potansiyeli atamak için yapay zekanın kullanımını gösteriyor. Bu, metastaz, terapötik etkinlik ve TME'nin her ikisindeki rolü hakkındaki temel ve translasyonel soruları yanıtlamak için kullanılabilir.
Toplu olarak, bu koleksiyona katkıda bulunan yazarlar, TME ve metastaz alanına, 2D monotipik in vitro kültürlerin ele alamadığı temel soruları yanıtlamak için bir dizi yenilikçi, kullanıma hazır yöntem sağlar. Sonuç olarak, bu yöntemlerin geniş çapta uygulanması, tümör ekosistemleri hakkındaki anlayışımızı geliştirecek ve bu nedenle, tedavisi zor olmaya devam eden ve hastaların hayatta kalması ve yaşam kalitesi üzerinde yüksek etkisi olan bir durum olan metastatik hastalığa karşı TME hedefli tedavilerin geliştirilmesine yardımcı olacaktır.