Оценка эффективности использования тумороидов для индивидуального подбора лекарственной терапии солидных опухолей
pdf

Ключевые слова

злокачественные опухоли
сфероиды
тумороиды
химиорезистентность
доксорубицин
ифосфамид
паклитаксел

Аннотация

Подход к лечению злокачественных новообразований, направленный на определение эффективных терапевтических стратегий для каждого пациента, определяет необходимость разработки и использования модельных систем, которые воспроизводят структуру и биологию солидных опухолей человека. В трехмерных культурах сфероидов/тумороидов, представляющих из себя многоклеточные агрегаты малигнизированных клеток, можно создавать интересующие межклеточные взаимодействия, градиенты питательных веществ и кислорода, а также клеточную полярность, которая отсутствует в традиционной двумерной монослойной системе. Данная работа посвящена сравнительному исследованию in vitro жизнеспособности и инвазивных свойств клеток солидных опухолей пациентов под действием химиопрепаратов и их комбинаций с целью оценки эффективности использования 3D-клеточной модельной системы в контексте трансляционной персонализированной медицины. Основой для создания 3D-клеточных моделей служили культуры клеток солидных опухолей пациентов, которые проходили лечение в НМИЦ онкологии им. Н.Н. Петрова в 2015-2021 г.г. Фрагменты опухолевой ткани были получены интраоперационно: 1 – лейомиосаркома (ЛМС), 1 – рабдомиосаркома (РМС), 1 – синовиальная саркома (СС), 2 – миксофибросаркома (МФС), 2 – остеогенная саркома (ОС), 1 – меланома кожи (МК), 1 – рак молочной железы (РМЖ), (n=9). Проведенный индивидуальный анализ сравнения эффективности воздействия химиотерапевтических препаратов in vitro на опухолевые клетки, имеющие различное происхождение и культивируемые в 2D и 3D модельных системах, с реально наблюдаемой клинической ситуацией подтверждает, что монослойная культура как тест-система подходит в меньшей степени для подбора и индивидуализации лечения больных злокачественными новообразованиями: трехмерная клеточная система оправдала себя в 77,7% случаев, а монослойная культура – 44,4% случаев. Комбинация препаратов доксорубицин/ифорсфамид и паклитаксел существенно ингибировали подвижность в матригеле клеток сфероидов, но не влияли на жизнеспособность опухолевых клеток, что наблюдали во всех случаях, кроме ОС #921 и МК #929. Культивирование опухолевых клеток в виде сфероидов/тумороидов позволяет использовать их как более адекватную доклиническую модель в качестве индивидуальной предиктивной тест-системы, позволяющей производить персонализированный подбор терапии.  
https://doi.org/10.37469/0507-3758-2021-67-6-815-828
pdf

Библиографические ссылки

Pauli C et al. Personalized in vitro and in vivo cancer models to guide precision medicine // Cancer Discov. 2017;7(5):462–477. doi: 10.1158/2159-8290.CD-16-1154

Kitaeva KV, Rutland CS, Rizvanov AA, Solovyeva VV. Cell Culture Based in vitro Test Systems for Anticancer Drug Screening // Front Bioeng Biotechnol. 2020;8. doi: 10.3389/fbioe.2020.00322

Han SJ, Kwon S, Kim KS. Challenges of applying multicellular tumor spheroids in preclinical phase // Cancer Cell Int. 2021;21(1). doi: 10.1186/s12935-021-01853-8

Pinto C, Estrada MF, Brito C. In Vitro and Ex Vivo Models — The Tumor Microenvironment in a Flask // Adv Exp Med Biol. 2020;1219:431–443.

Tsuruno Y, Okubo K, Fujiwara T et al. An in vitro model for determining tumor cell migration under metabolic gradients // Adv Exp Med Biol. 2018;1072:201–205.

Bhattacharya S, Calar K, De La Puente P. Mimicking tumor hypoxia and tumor-immune interactions employing three-dimensional in vitro models // J Exp Clin Cancer Res. 2020;39(1). doi: 10.1186/s13046-020-01583-1

Zanoni M, Pignatta S, Arienti C et al. Anticancer drug discovery using multicellular tumor spheroid models // Expert Opin Drug Discov. 2019;14(3):289–301. doi:10.1080/17460441.2019.1570129

Bassi G, Grimaudo MA, Panseri S, Montesi M. Advanced multi-dimensional cellular models as emerging reality to reproduce In Vitro the human body complexity // Int J Mol Sci. 2021;22(3):1–28. doi: 10.3390/ijms22031195

Kuen J, Darowski D, Kluge T, Majety M. Pancreatic cancer cell/fibroblast co-culture induces M2 like macrophages that influence therapeutic response in a 3D model // PLoS One. 2017; 12(7). doi: 10.1371/journal.pone.0182039

Liu X et al. A novel simpledrop chip for 3d spheroid formation and anti-cancer drug assay // Micromachines. 2021;12(6). doi: 10.3390/mi12060681

Freshney RI. Culture of Animal Cells. Hoboken, NJ, USA: John Wiley & Sons, Inc., 2010.

Danilov AO et al. An improved procedure for autologous gene-modified vaccine preparation for active specific immunotherapy of disseminated solid tumors // Vopr. Onkol. 2004.

Salmon SE. Cloning of Human tumor stem cells: background and overview // Prog. Clin. Biol. Res. 1980;48:3–13.

Everitt BS, Pickles A. Statistical Aspects of the Design and Analysis of Clinical Trials. PUBLISHED BY IMPERIAL COLLEGE PRESS AND DISTRIBUTED BY WORLD SCIENTIFIC PUBLISHING CO., 2004.

Ulukaya E, Karakas D, Dimas K. Tumor chemosensitivity assays are helpful for personalized Cytotoxic treatments in cancer patients // Medicina (Kaunas). 2021;57(6). doi: 10.3390/medicina57060636

Cui X, Hartanto Y, Zhang H. Advances in multicellular spheroids formation // J R Soc Interface. 2017;14(127). doi: 10.1098/rsif.2016.0877

S. L’Espérance SL, M. Bachvarova M, B. Tetu B et al. Global gene expression analysis of early response to chemotherapy treatment in ovarian cancer spheroids // BMC Genomics. 2008;9. doi: 10.1186/1471-2164-9-99

F. Hirschhaeuser F, H. Menne H, C Dittfeld C et al. Multicellular tumor spheroids: An underestimated tool is catching up again // J. Biotechnol. 2010;148(1):3–15. doi: 10.1016/j.jbiotec.2010.01.012

Puls TJ, Tan X, Husain M et al. Development of a Novel 3D Tumor-tissue Invasion Model for High-throughput, High-content Phenotypic Drug Screening // Sci. Rep. 2018;8(1). doi:10.1038/s41598-018-31138-6

Jensen C, Teng Y. Is It Time to Start Transitioning From 2D to 3D Cell Culture? // Front Mol Biosci. 2010;7. doi:10.3389/fmolb.2020.00033

Rebecca VW, Somasundaram R, Herlyn M. Pre-clinical modeling of cutaneous melanoma // Nat Commun. 2020;11(1). doi:10.1038/s41467-020-15546-9

Pabiarzhyn VV, Pashinskaya ES, Semenov VM, Hancharou AY. Methodological aspects of setting up oncological models under experimental conditions // Vestn. Vitebsk State Med. Univ. 2018;17(6):32–45. doi: 10.22263/2312-4156.2018.6.32

Gilazieva Z, Ponomarev A, Rutland C et al. Promising applications of tumor spheroids and organoids for personalized medicine // Cancers. 2020;12(10):1–19. doi: 10.3390/cancers12102727

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.

Copyright (c) 2021 Анна Данилова, Татьяна Нехаева, Наталья Ефремова, Алексей Новик, Антон Зозуля, Георгий Гафтон, Ирина Балдуева