Команда исследователей из Университета Тафтса разработала 3D-модели культуры тканей человека при раке мозга у детей и у взрослых в микроокружающей среде, имитирующей мозг. Это значительный прогресс в изучении биологии опухоли головного мозга и фармакологического ответа.

Исследователи создали модели, которые включают внеклеточный матрикс (ECM), происходящий из мозга. Это сложная сеть белков и аминокислот со связанными сахарами, естественным образом обнаруживаемыми в мозге. ECM не только обеспечивает поддержку окружающей нервной ткани, но также помогает направлять рост и развитие клеток. Изменения в составе ECM связаны с прогрессированием опухолей головного мозга, что, в свою очередь, изменяет паттерны генетической и белковой экспрессии в опухолевых клетках.

В более ранних исследованиях отмечалось это важное двустороннее взаимодействие между опухолевыми клетками и окружающим ЕСМ, а также наблюдалось, что белковая композиция в ЕСМ может либо предотвращать, либо допускать дальнейшую диффузию опухолевых клеток в мозг. Чтобы лучше понять динамические взаимодействия между опухолями и ECM, авторы исследования разработали 3D-систему в пробирке, в которой они могут исследовать различные компоненты ECM и определять их вклад в развитие опухоли, а также реакцию опухоли на лекарственные препараты.

На иллюстрации показан трехмерный шелковый каркас в форме пончика (представлен схематически на заднем плане), который был обработан внеклеточным матриксом головного мозга свиньи плода и засеян клетками глиобластомы. Сферический рост опухолевых клеток (темные пятна ~1 мм указаны стрелкой) наблюдается через 1,5 месяца

Исследование было сосредоточено на двух распространенных типах опухолей головного мозга с особенно мрачным прогнозом — эпендимомы, которая встречается у маленьких детей, и глиобластомы у взрослых, приводящей к медианной выживаемости в 1-2 года после постановки диагноза. Важным достижением является то, что в этом исследовании трехмерная матрица, содержащая ЕСМ, позволила размножать и изучать первичные опухолевые клетки, взятые непосредственно у пациента, и выращивать их в среде, более сходной с мозгом. Предыдущие исследования изучали установленные опухолевые клеточные линии — не обязательно интересующую опухоль — на трехмерных скаффолдах или сфероидах без ECM, или распространяли клетки в двух измерениях (высевание), вызывая поведение клеток, не видимое в их естественной среде.

Сила этой платформы в том, что мы можем настроить состав ECM, чтобы выяснить роль каждого компонента в росте опухоли, и увидеть влияние на опухолевые клетки, полученные непосредственно от пациента. Другая важная особенность заключается в том, что мы можем отслеживать трехмерный рост клеток с помощью неинвазивной двухфотонной возбужденной флуоресцентной метаболической визуализации. Другими словами, мы можем использовать неинвазивную визуализацию для оценки жизнеспособности — они растут или подвержены стрессу и умирают в режиме реального времени. Дэвид Каплан, профессор, заведующий кафедрой биомедицинской инженерии в Школе инженеров имени Тафтса.

Среди результатов, обнаруженных в исследовании, было то, что ECM плода, который содержит более высокие уровни коллагена, HA и некоторых CSPG, лучше поддерживал рост опухоли, чем взрослый ECM в 3D-культурах (ECM плода и взрослого были получены из мозга свиньи). Этот результат коррелирует с представлением о том, что рак мозга имеет тенденцию изменять ECM, поэтому его состав становится более похожим для поддержания их роста, согласно исследованию.

 

Автор: Ксения Суворова

Источник: hightech.fm