Hücre tabanlı kanser immünoterapisi, kanser hücrelerini hedeflemek için bağışıklık hücrelerinin kullanıldığı terapötik bir yaklaşımdır1. Bu strateji, kan kanserlerinin tedavisinde dikkat çekici bir başarı göstermiştir2,3,4. Ancak, kan kanserlerinde gözlemlenen başarı düzeyi henüz solid tümörlerin tedavisine tam olarak yansıtılamamıştır5,6,7. Bu sınırlamanın temel nedenlerinden biri, solid tümörlere özgü olan immünosupresif tümör mikroçevresidir (TME).
TME, hücresel davranışı düzenleyebilen belirgin mekanik sinyallerle karakterizedir. İmmün hücreler tarafından tümör hücrelerinin etkili bir şekilde öldürülmesi, bu hücrelerin hedef hücreler üzerinde kuvvet uygulamalarını ve sitotoksik moleküllerin iletildiği bir immün sinaps kurmalarını gerektirir8. Bu nedenle, mekanik kuvvetlerin immün hücre fonksiyonunu nasıl etkilediğinin anlaşılması, katı tümörlere karşı hücre tabanlı immünoterapilerin etkinliğini artıracak yeni terapötik stratejiler ortaya çıkarabilir.
Katı TME'nin belirleyici bir mekanik özelliği, tümör mikroçevresinin büyüyen tümör üzerinde oluşturduğu kompresyon stresidir9,10. Bugüne kadar, çoğu kompresyon çalışması tümör hücresi davranışı üzerindeki etkilere odaklanmıştır10,11. Kompresyonun TME içindeki immün hücreleri nasıl etkilediğini anlamaya yönelik ilgi ancak yakın zamanda artmıştır12. Sonuç olarak, kompresyon stresinin Doğal Öldürücü (NK) hücre migrasyonu, immün sinaps oluşumu ve sitotoksik aktivite üzerindeki etkilerinin mekanizmaları hala yeterince anlaşılamamış ve yetersiz şekilde nicelleştirilmiştir. Bu boşluk, TME içindeki mekanik ipuçlarının katı tümörlerin immün hedeflemesini artırmak için nasıl kullanılabileceğine dair anlayışımızda kritik bir sınırlamayı temsil etmektedir.
Bu soruyu elelmenin önündeki temel engel, fizyolojik olarak ilgili 3D mikroortamlarda kontrollü ve ölçülebilir kompresyon uygulayabilen ve aynı zamanda tümör-immün etkileşimlerinin gerçek zamanlı görüntülenmesine olanak tanıyan deneysel platformların eksikliğidir. Kompresyon stresini incelemeye yönelik erken deneysel yaklaşımlar, sferoidlerin agaroz jellerine gömülmesini içeriyordu13. Bu yöntem fiziksel sınırlamayı etkili bir şekilde yakalamış olsa da, doğal hücre dışı matris (ECM)-hücre etkileşimlerini ortadan kaldırmıştır. Dolega ve arkadaşları, kompresyon stresini indüklemek için ozmotik basınç uygulamışlardır; ancak sferoidler kültür ortamında süspanse edilmişti ve bu nedenle ECM etkileşimlerinden yoksun kalmıştı9. Pandey ve arkadaşları, kolajen içine gömülmüş sferoidleri sıkıştırmak için bir transwell insert ve ağırlıklar kullanmışlardır; bu yöntem ECM-hücre etkileşimlerini korumuş ancak immün hücre motilitesini ve sitotoksik aktiviteyi nicelleştirmek için gereken yüksek çözünürlüklü görüntülemeyi sınırlamıştır14. Tüm bu sınırlamalar, TME içindeki hücrelerin kompresyona verdikleri morfolojik yanıtların gerçek zamanlı görüntülenmesini sağlayan deneysel platformlara duyulan ihtiyacı vurgulamaktadır.
Burada, fizyolojik olarak anlamlı ECM-hücre etkileşimlerini korurken kontrollü kompresyon stresinin uygulanmasına olanak tanıyan ve immün-tümör dinamiklerinin yüksek çözünürlüklü canlı hücre görüntülemesini destekleyen bir mikroakışkan kompresyon cihazı15 için bir protokol sunuyoruz. Protokol; cihaz bileşenlerinin hazırlanması (Bölüm 1), cihazın montajı (Bölüm 2) ve tümör-immün etkileşimlerinin görüntülenmesinden (Bölüm 3) oluşmaktadır. İş akışını, yeşil floresan protein (GFP) etiketli tümör sferoidlerine karşı bir NK öldürme testi kullanarak gösteriyoruz. Bu uygulamanın ötesinde platform, mekanik kuvvetlerin 3B mikroortamlardaki geniş bir hücre tipi ve hücresel etkileşim yelpazesi üzerindeki etkilerini araştırmak için kolayca uyarlanabilir.