В настоящее время в экспериментальной онкологии используются различные модели, включая спонтанные, трансплантированные и индуцированные опухоли животных, опухоли человека, трансплантированные животным, различные культуры опухолевых клеток человека и животных, а также молекулярно-генетические модели. В последние дни особую роль играют in vitro модели, основанные на клеточных культурах, включая многоклеточные опухолевые сфероиды (MTS), из-за ужесточения требований к экспериментам на животных. MTS представляют собой искусственно образованные небольшие солидные опухоли, которые представляют собой трехмерную (3D) модель, состоящую из раковых клеток, полученных путем взятия биопсии у онкологического больного. Трехмерные культуры опухолевых клеток преодолевают ограничения, связанные с такими основными характеристиками, как градиенты объема, факторы роста и метаболиты, а также наличие некротических, гипоксических, покоящихся и пролиферирующих клеток.
Цель
Доказать преимущество 3D-модели над 2D-моделью с целью дальнейшего интегрирования in vitro модели опухолевых сфероидов в схему разработки противораковых лекарственных средств и использования первичных опухолевых клеток в исследованиях скрининга лекарств для реализации персонифицированного лечения рака.
Материалы и методы
В рамках исследования были получены многоклеточные сфероиды, сгенерированные из суспензии отдельных клеток иммортализованной клеточной линии аденокарциномы молочной железы человека MCF-7 в сыворотке. Микрокапсулы с мультиклеточными опухолевыми сфероидами (МОС) инкубировались в 24-луночных планшетах с Метотрексатом в течение 48 часов. В качестве контроля использовали монослойную культуру MCF-7 (105 кл в лунке). Количественная оценка выживших клеток производилась с помощью красителя трипанового синего в камере Фукса-Розенталя.
Результаты
При концентрации Метотрексата 100 нМ выживаемость жизнеспособных клеток в контроле была вдвое меньше по сравнению с таковой для МОС. Была также произведена оценка цитотоксического действия Капецитабина в зависимости от размера МОС. При концентрации Метотрексата 100 нМ количество живых клеток составило 65 и 88% для сфероидов размером 150 и 300 мкм, соответственно, в то время как в контроле это значение составило только 35%.
Заключение
По сравнению с монослойными культурами раковые клетки в трехмерных сфероидных культурах демонстрируют большую устойчивость к цитотоксическим препаратам, причем цитотоксическое действие Метотрексата уменьшается с увеличением размера МОС. В связи с этим, трехмерные опухолевые модели представляют собой ценный «инструмент» для исследования рака в контексте с drug discovery.
Трехмерные культуры опухолевых клеток преодолевают ограничения традиционно используемых монослойных культур и воссоздают такие основные характеристики опухолей, как пространственные градиенты кислорода, факторов роста и метаболитов и наличие некротических, гипоксических, покоящихся и пролиферативных клеток. Целью данного исследования было доказать преимущество 3D-модели над 2D-моделью с целью дальнейшего интегрирования in vitro модели опухолевых сфероидов в схему разработки противораковых лекарственных средств.
These days special importance is payed to in vitro models of preclinical drug testing based on cell cultures, including multicellular tumor spheroids (MTS) because of the tightening of requirements for animal experiments. The aim was to prove the advantage of 3D model over 2D model in order to further integrate the in vitro model of tumor spheroids into the design of anticancer drugs and to use primary tumor cells in drug screening studies for the implementation of personalized cancer treatment.
