A daganatkultúrák 3d-formátumú termesztése a gyógyhatású hatásukra adott válasz tanulmányozása céljából,
Sürgető probléma korunk nagy toxicitása alacsony hatékonysága használt kemoterápiás szerek a rák kezelésére. Bármely duzzanat az egyes betegek egyéni miatt mikroheterogenitásának különleges sejtek, a konkrét genetikai molekuláris markerek saját spektrumú biológiai anyagok előállított és összetétele receptorok. Ebben a tekintetben, a legjobb módszer, hogy megoldja a problémát a választás a kemoterápiás gyógyszer egy adott beteg lenne a kiválasztási gyógyszerek szelektíven gátolják a tumor növekedését in vitro tenyészetek, készített alapján a tumorsejtek. Ez a megközelítés tette lehetővé a modern mobil technológiák egyre nagyobb rákos szövet kultúra a testen kívül. Ahogy a bakteriológiai vizsgálat az arany standard a diagnózis a fertőző betegségek, a tanulmány in vitro érzékenysége a gyógyszeres kezelés a daganatsejtek venni a szervezetben, már hamarosan egyike lett a szabványok vizsgálata a rákos betegek.
A leghatékonyabb és olyan közel a tulajdonságokat és szervezet természetes tumor rendszer jelenleg használható a szűrővizsgálati potenciális daganatellenes szerek [1] lehet 3D-tenyésztési rendszer, képviseli gömb konglomerátumok. Először növekvő sejttenyészetek például dokumentált jegyezni 1944 g. Johannes Holtfreterom [2], dolgozott a gömb alakú aggregátumai embrionális sejtek, amelyek utánozzák sűrű szövet avaszkuláris tumorok, embrió test.
A sejtek növekedését az egyrétegű tenyészetek, már széles körben használják a pre-klinikai vizsgálatok sok szempontból nem tükrözi a valós képet a tumor növekedését in vivo, ahol egy hatalmas különbség a progressziójának van interakció nem csak az egyik legnagyobb tumorsejtek, hanem a környező extracelluláris mátrix, bemutatott kötőszöveti sejteken és kollagénszálakon alapulva. Különösen a növekedését számos daganatos sejteket egyrétegű, 2D - és 3D-kultúrák befolyásolja a természet a tumor kultúra reakció során a kísérleti gyógyszer-expozíció. Köztudott, hogy a tumorsejtek a 3D-kultúra jobban ellenáll a kemoterápia mutatják, hogy korlátozott képességét kemoterápia, ellentétben a 2D-tenyészetben. Ily módon az anti-apoptotikus Bcl-2 protein család tumorellenes szer hatása alatt - docetaxel egyrétegű tenyészete tüdőrák detektált sejtek kisebb mennyiségben, mint a 3D-kultúra, amely azt jelzi, több agresszív viselkedés és a gyógyszer-rezisztencia a tumorsejtek háromdimenziós szövetség [3].
Különböző érzékenységet mutatott a 2D- és 3D-rendszerekben nőtt sejttenyészetek kemoterápiájára, és számos műben tanulmányozták. Például a V munkábanörsmannH. munkatársai. [4] kiderült, hogy amikor a szubletális besugárzást ultraibolya kultúra a korábban rezisztens a TRAIL-közvetített halál, érzékennyé válnak aktiválása révén kaszpáz-3-függő hasítását X-társult, ha tanul érzékenységét TRAIL-receptor 2D-sejt melanoma vonalak irányított kemoterápia apoptózis gátló fehérje. Hasonló, de kevésbé hangsúlyos eredményeket értek el ciszplatinnal. De 3D-sejttenyészet melanoma ciszplatin hatékonyabb volt aktivátora TRAIL-közvetített apoptózis, mint ultraibolya fény [4].
Jelenleg számos módszertani megközelítést javasolnak egy extracelluláris mátrix létrehozására 3D-s kultúrák számára. Az első megközelítés magában foglalja a komponensek a természetes szövet - kollagén bazális membránok, alginát (anyagok származó alga), fibrin, kitozán, kötőszöveti sejtek, beleértve a keratinocytákban. . A második megközelítés magában foglalja a szintetikus anyagok - módosított formái hialuronsav, polietilén-glikol, önszerveződő hidrogélek fehérjék, polikaprolakton és egyéb hátrányait természetes komponensek: biológiai sokféleség, gyenge mechanikus alkatrész, a kockázata immunválasz vagy az átviteli patogén faktor, képtelenség szigorú ellenőrzés és független módosítása tulajdonságok , ami a diagnosztikai hibák és a szabványos körülmények hiányának lehetőségéhez vezet. A szintetikus anyagok fő hátránya az alacsony bioaktivitás vagy teljes hiánya [1, 5].
Már az első háromdimenziós technika szaporodó tumor növekedési minta egyértelműen alá 3D-kultúra in vitro, mint a tumor in vivo -szerű. Sejtpopulációk 3D-kultúrában fenntartotta heterogenitása, hogy nem különbözik a daganatok kifejlődését származó in vivo szervezetben. Így kaptuk a növekedését tenyészetben 17 tüdőtumor típusú, különböző bél, a csont, a nyak, a vese, a prosztata, a gyomor, a pajzsmirigy, a petefészek és a here, a bőr, amely mintákat kaptuk intraoperatív. A növekedést a környezetben 100 vagy több napig tartottuk. Szövetek organizmus, mint makro- és a fejlődő tumor mikrokörnyezetében ebben a vizsgálatban helyébe a kollagén gél. Differenciálás tumor tenyészetekben is megerősítette, hogy amikor tenyésztett tüdőrák sejtek szuszpenzióban egyedül képződött konglomerátumok és növekedési központok a felfüggesztett állapotban, a másik - vándoroltak a műanyag falak a csésze és a képződött aljzat növekedési Parietális amelyek közvetetten jelzik kisebb vagy nagyobb malignitásuk . A kísérleti körülmények között növekedést mutató tumor tenyészetek nem veszítették el rosszindulatúságukat. Tehát a FreemanA.E munkájában. andHoffmanR.M. [6] Transplant 5 Mill. Melanoma származó sejteket a beteg, majd tenyésztjük tenyészetben kilenc hónapig timusektomirovannym három egér minden tumorméret nőtt 1/3 vagy több a méret az egér is 2,5 hónap. Ez azt jelenti, hogy objektíven bizonyítható megőrzése rosszindulatú jellemzők 3D-tenyészetekben a sejtek in vitro. a kollagén gél megfigyelt invazív növekedés gyomorrák sejtek és melanoma sejtek továbbra is termelnek melanin abbahagyása után proliferáció.
Megteremtésében háromdimenziós szövet, attól függően, hogy a célok és a kiválasztott berendezés, ez lehet elosztani öt fő területen: létrehozása platform a környezet, szimulálva a tumor mikrokörnyezetében, támogatott - a növekedés a tumorszövet formájában szferoidok; alkalmazása a szubsztrát ami egy bizonyos korlátozás növekedés; Zselék használatának, például polimer hidrogélek feltételeinek megteremtése gömböket alakítson tumorsejtek a „függő csepp” modell, ami bioreaktorok folyamatos ellenőrzéséhez a biokémiai összetételét, mely a közeg, amelyben a képződött tumor kultúra, tápanyagellátás és eltávolítását bomlástermékek, metabolitok; és a használata microarray [7]. 3D-feltéve szubsztrátum felületén, és egy sűrű rugalmas közeg a tumorsejtek növekedését, így ezek számos különleges követelmények: porozitás vzaimopolozhenie pórusokat, pórus geometriája, azok mérete és eloszlása. Ezen túlmenően, a mikroelemek közvetítenek közlekedési a tápanyagok és a metabolitok és kihathat a tevékenység bizonyos gének és a viselkedés a sejtek proliferációs és differenciálódási.
A sejtkonglomerátumok (szferoidok) 3D-s kultúrában hasonlóak az avaskularis tumorcsomókhoz, a mikrometasztázisokhoz vagy a szolid tumorok interkapilláris helyeihez, amint azt a HoltfreterJ. [2]. A munkában VörsmannH. munkatársai. [4] a kezdeti szakaszban a növekvő sejtek a 3D-tenyészet szferoidok előállítására például rosszindulatú melanoma elő közepes csepp a szuszpenziós sejtek „lógó drop” módszerrel egy arány 250 sejteket 25 ul RPMI tápközegben (Roswell Park Memorial Institute tápközeg). Az ilyen cseppeket egy Petri-csésze foszfátpufferrel való antiadhesív felületére helyeztük. A szferoidokat 15 napig inkubáltuk 37 ° C-on és 5% CO2-tartalommal. Három nap után minden egyes csepp 8 μl-ét módosítottuk. Következő, hogy erősítse meg a természet a metasztázisos növekedésének bizonyos melanoma sejtvonalak, szferoidok konkrét száma és mérete, a cseppekben kapott oltjuk organopodobnye bőr ekvivalens tagjai keratinociták, fibroblasztok és a kollagén, ahol 31 napos tenyésztési szferoidok elérte átmérője 500 mikron. A kapott gömböket melanoma sejtek hogy meghatározzuk a terápiás szerek hatásosságát, a következő jellemzőkkel: száma és mérete a fészkeket melanóma növekedését tenyészetben voltak kiszámíthatatlan; eredetű melanoma sejtek növekedését tenyészetben fészkek általában kisebb, mint a tumor-metasztázis a testben; miatt korlátozott élettartama származó fészkek terápiás hatás kezdődik korábban, és a negatív hatása a expozíciós idővel lehet kiszabni a természetes folyamatok a tumor növekedésének regresszióját [4].
A tanuló a kábítószer hatása a 3D-kultúrában a rosszindulatú sejtek figyelembe kell venni olyan tényezőket, mint az oldhatóság, a kémiai és metabolikus stabilitás, fehérje kötőanyag és az Capture sejteket a környezet egy alapos ismerete mechanizmusok a terápiás hatás in vitro. Fontos az is, hogy megértsék és heterogenitása diffúzió és sejtek anyagcseréjét belül tumor helyén: a központ növeli hipoxia és a tápanyagok hiánya aljzatok nyilvánul gradiens csökkenése mitotikus aktivitás és nekrotikus változásokat, amelyek közvetlenül korlátozza a diffúzió a gyógyszer a daganat. A JusticeB.A munkát. munkatársai. [3] javasoltak már sejtkultúra modellben a tumor növekedés korlátozott diffúziós: kolóniaként kollagén gélek, mint „gistokultury”, és a sejtek multirétegek 96-lyukú lemez egy V-alakú alsó.
A SzotC.S. etal [8] Ez végeztek összehasonlító vizsgálatokat a tulajdonságait tumorsejtek különböző sejttenyészetek - egyrétegű, 2D és 3D-hatás terápiás kultúra. Az összehasonlító értékelés hatékonyságának rákellenes hatóanyag doxorubicin és nanorészecskék és ezek abszorpciójának mértéke az egyedi sejtek multicelluláris szferoidokat és egyrétegű 100-300 mikronos használt sejtvonalak nem-kissejtes tüdőrák. Azt találtuk, hogy, hogy elnyomja a növekedés a szferoidok szükséges 60 vagy több alkalommal a koncentrációja gyógyszerek, mint a docetaxel, ciszplatin, gemcitabin, 5-fluor-uracil, kamptotecin, mint sejteket egyrétegű. Például, ha a koncentráció a docetaxel tartományban 100-175 mikron teljes száma szferoidok volt 50% -kal kevesebb, mint a kontroll. Amikor kimutatása apoptotikus sejtek (például expresszióját aktivált kaszpáz-3) által rögzített minimális mennyiségű 3D-rendszerben (2,09 és 2,47-szer 5-fluor-uracil és a kamptotecin,), mint egyrétegű sejttenyészetben. Abban a vizsgálatban, a penetráció a docetaxel és a nanorészecskék a sejtekbe szferoidokat megállapította, hogy belsejében a többrétegű konglomerátumok csak 10,52%, miután egy két órás expozíció docetaxel és infiltrirovanie nanorészecskéket figyeltünk csak kerülete mentén a szferoidok [8].
Termesztési technikák háromdimenziós sejtkultúra folyamatosan javult. Így a rendszer kínál Alvetex® egyidejűleg egy közepes (a szó szoros értelmében egy is), hogy nőnek néhány növények (általában két), egy többrétegű és egyrétegű, különböző kombinációkban miatt a speciális kialakítás az alkalmazott beállításokat, így biztosítva az optimális hozzáférést tápanyagok a környezetet a kultúrák [10].
Az utóbbi években az irányt a játék, tanulmányozása és alkalmazása az élő szövetek három dimenzióban bekapcsolja a mikro-szinten, beleértve a mikrochip. Megalakultak a biológiai struktúrák, rendszerek és az emberi test in vitro vizsgálatának feltételei és előfeltételei. Az úgynevezett A "Chip orgona" egy mikrorendszer, amely ötvözi a mikrofluidikus technológiák és a sejttenyészet terén elért eredményeket mikrochip struktúrák alkalmazásával. Ez használ egy folyadék nyoma (1/10 -1/10 8 6 l), amely áthalad a mikrocsatornák rendszer képes észlelni színátmenetek eloszlása, bizonyos anyagok bizonyos reprodukálható fátyolréteg és még a szöveten belül. Az ilyen rendszerek lehetővé teszik játszanak kulcsfontosságú struktúra, funkcionális, biokémiai és mechanikai jellemzőit az élő szervek, például a tüdő, máj, vese, a csont, az agy, a szem és mások. Patológiai és generál modell áramkör terápiás hatásait [11].
Például, a „könnyű-on-chip” úgy néz ki, mint a két poli-dimetil-sziloxán (azaz különböző szilikongumi) mikrofluidikai csatornák elválasztva egy vékony (10 mikron), és a rugalmas membrán az azonos szilikongumi pórusátmérőjű 10 mikron. Ebben a mikrorendszerben ciklikus légzési hatásokat reprodukálunk. Könnyen chip alkalmaztuk nanotoxicology tanulmányok [12], amelyben különböző típusú nanorészecskék át befecskendezett levegő csatornák a Microsystem. Áthaladva az epiteliális és endoteliális sejt rétegek transzcitózis, szilikon nanorészecskék (12 nm) által indukált citotoxicitást és a gyulladást, és közvetlenül mérjük a valós időben az mikrocsatornás keresztül microfluorimetry. Ilyen Microsystem áthaladását a tumorsejtek a membránon keresztül pórusokat hoztak létre feltételeket a kialakulását szferoidok geterokletochnyh a 3D tenyésztett mikrofluidikai rendszer, amely reprodukálja a viselkedését metasztatikus prosztatarák sejtek mikrokörnyezetében [13]. Egy ilyen stratégia, egy másik vizsgálatban, létrehozhatja intravaszkuláris tapadásának keringő emlőrák sejtek aktiválására adott válaszként endoteliális citokin CXCL12 [14].
Így, a 3D-malignus sejttenyészetek vezet egyénileg irányított és a maximális hatásos tumorellenes terápiában minimalizálva a mellékhatások kockázata és a szükségtelen hosszú, gyakran nem hatékony használatát a kemoterápia. Míg a tevékenységünk ilyen sajátossága hazánkban továbbra sem fejlett. Aktívabban létrehozása felé 3D-szövet, vagy inkább növekszik egész szerv, mozog csak a transzplantáció. Jelenleg az orosz tudósok alapján az innovációs központ „Skolkovo” fejlődik a projekt azonosításához genetikai profilja a tumor, amely meghatározza az érzékenység / rezisztencia egy bizonyos rosszindulatú egy adott beteg bizonyos rákellenes gyógyszerek, ennek eredményeként alapján a genetikai adatok alátámasztják a választás egy adott célzott terápia. Azonban ez egy igen drága projekt igénylő bonyolult eszközök és a létrehozását speciális programok. Ebben a tekintetben a fejlesztése „kultúra” a trend a személyre szabott kemoterápia rákos betegek, hogy költséghatékonyabb és ígéretes gyakorlati alkalmazása az orvostudományban.