$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Kanser dünya çapında önemli bir sağlık sorunu olmaya devam etmektedir ve Amerika Birleşik Devletleri'nde ikinci önde gelen ölüm nedenidir. Ulusal Sağlık İstatistikleri Merkezi, yalnızca 2023 yılı için ABD'de 1,9 milyondan fazla yeni kanser vakası ve 600.000'den fazla kanser ölümünün meydana gelmesini öngörüyor1 ve etkili tedavi yaklaşımlarına olan acil ihtiyacı vurguluyor. Bununla birlikte, şu anda, klinik araştırmalara giren anti-kanser terapötiklerinin yalnızca% 5.1'i nihayetinde FDA onayı almaktadır. Gelecek vaat eden adayların klinik çalışmalarda başarılı bir şekilde ilerleyememesi, kısmen klinik öncesi ilaç geliştirme sırasında 2D ve sferoid kültürler gibi fizyolojik olmayan model sistemlerinin kullanılmasına bağlanabilir2. Bu klasik kanser modelleri, terapötik direnç ve hastalık ilerlemesinin temel belirleyicileri olan stromal niş, ilişkili bağışıklık hücreleri ve perfüze damar sistemi gibi tümör mikroçevresinin temel bileşenlerinden yoksundur. Bu nedenle, klinik öncesi bulguların klinik translasyonunu iyileştirmek için insan in vivo tümör mikroçevresini daha iyi taklit eden yeni bir model sistem gereklidir.
Doku mühendisliği alanı hızla ilerlemekte ve laboratuvar ortamlarında insan hastalıklarını incelemek için gelişmiş yöntemler sunmaktadır. Önemli bir gelişme, sağlıklı veya hastalıklı koşulları kopyalayabilen işlevsel, minyatür insan organları olan organ çipleri veya doku çipleri olarak da bilinen mikrofizyolojik sistemlerin (MPS) ortaya çıkmasıdır 3,4,5. Bu kapsamda, onkoloji araştırmaları için üç boyutlu mikroakışkan tabanlı in vitro insan tümör modelleri olan tümör çipleri geliştirilmiştir 2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13 . Bu gelişmiş modeller, dinamik bir tümör mikro ortamı içinde biyokimyasal ve biyofiziksel ipuçlarını bir araya getirerek, araştırmacıların tümör davranışını ve tedavilere verilen yanıtları fizyolojik olarak daha ilgili bir bağlamda incelemelerine olanak tanır. Bununla birlikte, bu gelişmelere rağmen, çok az sayıda grup, özellikle fizyolojik akışa yanıt olarak kendi kendine patern oluşturan canlı, fonksiyonel bir damar sistemini başarılı bir şekilde dahil etmiştir 3,4,5,6. İşlevsel bir vasküler ağın dahil edilmesi, ilaç veya hücre dağıtımını etkileyen fiziksel engellerin modellenmesine, farklı mikro ortamlara hücre hedeflemesine ve tümör, stromal ve immün hücrelerin transendotelyal göçüne izin verdiği için çok önemlidir. Bu özelliği dahil ederek, tümör çipi, in vivo tümör mikroçevresinde gözlemlenen karmaşıklıkları daha iyi temsil edebilir.
Bu karşılanmamış ihtiyacı karşılamak için, mikro damar ağlarının bir mikroakışkan cihaz içinde oluşmasını sağlayan yeni bir ilaç tarama platformu geliştirdik 8,9,10,11,12,13,14,15,16. Vaskülarize mikro organ (VMO) olarak adlandırılan bu temel organ çipi platformu, hastalık modellemesi, ilaç taraması ve kişiselleştirilmiş tıp uygulamaları için orijinal doku fizyolojisini çoğaltmak için hemen hemen her organ sistemine uyarlanabilir. VMO'lar, endotelyal koloni oluşturan hücre kaynaklı endotel hücreleri (ECFC-EC), HUVEC veya iPSC-EC (bundan sonra EC olarak anılacaktır) ve matrisi yeniden şekillendiren normal insan akciğer fibroblastları (NHLF) ve damarları saran ve stabilize eden perisitler dahil olmak üzere odadaki çoklu stromal hücrelerin birlikte kültürlenmesiyle oluşturulur. VMO, vaskülarize bir mikro tümör (VMT)8,9,10,11,12,13 veya tümör çipi modeli oluşturmak için tümör hücrelerini ilişkili stroma ile birlikte kültürleyerek bir kanser modeli sistemi olarak da kurulabilir. Dinamik bir akış ortamında çoklu hücre tiplerinin birlikte kültürü yoluyla, perfüze mikrovasküler ağlar, vaskülogenezin interstisyel akış hızları14,15 tarafından yakından düzenlendiği cihazın doku odalarında de novo oluşturur. Ortam, kılcal damarlar için görülene benzer şekilde, 1.2 x 10-7 cm/s'lik bir geçirgenlik katsayısına sahip, doku odasının çevresindeki hücrelere yalnızca mikro damarlar aracılığıyla besin sağlayan bir hidrostatik basınç başlığı tarafından cihazın mikroakışkan kanallarından geçirilir in vivo8.
Kendi kendini organize eden mikro damarların VMT modeline dahil edilmesi önemli bir atılımı temsil eder, çünkü: 1) vaskülarize tümör kitlelerinin yapısını ve işlevini in vivo olarak taklit eder; 2) tümör-endotelyal ve stromal hücre etkileşimleri dahil olmak üzere metastazın temel basamaklarını modelleyebilir; 3) Besin ve ilaç dağıtımı için fizyolojik olarak seçici engeller oluşturur, farmasötik taramayı iyileştirir; ve 4) anti-anjiyojenik ve anti-metastatik yeteneklere sahip ilaçların doğrudan değerlendirilmesine izin verir. VMO/VMT platformu, karmaşık bir 3D mikro ortamda besinlerin, ilaçların ve bağışıklık hücrelerinin in vivo dağıtımını çoğaltarak, ilaç taraması yapmak ve kanser, vasküler veya organa özgü biyolojiyi incelemek için kullanılabilecek fizyolojik olarak ilgili bir modeldir. Daha da önemlisi, VMT, kolon kanseri, melanom, meme kanseri, glioblastom, akciğer kanseri, periton karsinomatozu, yumurtalık kanseri ve pankreas kanseri dahil olmak üzere çeşitli tümör türlerinin büyümesini destekler 8,9,10,11,12,13. Düşük maliyetli, kolay kurulabilen ve yüksek verimli deneyler için dizilebilen mikroakışkan platform, tümör-stromal etkileşimlerin gerçek zamanlı görüntü analizi ve uyaranlara veya terapötiklere yanıt için tamamen optik olarak uyumludur. Sistemdeki her hücre tipi, tüm deney boyunca hücre davranışının doğrudan görselleştirilmesine ve izlenmesine izin vermek için farklı bir floresan işaretleyici ile etiketlenir ve dinamik tümör mikro ortamına bir pencere oluşturur. VMT'nin in vivo tümör büyümesini, mimarisini, heterojenliğini, gen ekspresyon imzalarını ve ilaç yanıtlarını standart kültür modalitelerinden daha sadık bir şekilde modellediğini daha önce göstermiştik10. Daha da önemlisi, VMT, ana tümörlerin patolojisini standart sferoid kültürlerden daha iyi modelleyen ve kişiselleştirilmiş tıp çabalarını daha da ilerleten kanser hücreleri de dahil olmak üzere hasta kaynaklı hücrelerin büyümesini ve çalışmasını destekler11. Bu el yazması, VMT'yi kurma yöntemlerini özetlemekte ve insan kanserlerini incelemek için faydasını göstermektedir.