Effetto dei metodi di coltura sulla formazione di sferoidi del tumore multicellulare (MCT).
Gli MCT possono essere coltivati in colture 3D senza impalcatura o basate su impalcatura. Le colture 3D basate su impalcature includono l'uso di una matrice artificiale 3D o di idrogel come ancoraggio per le cellule, oltre a facilitare la formazione di interazioni cellula-matrice extracellulare (ECM). Per produrre lo scaffold vengono utilizzati sia composti naturali (gelatina, alginato, collagene e Matrigel) che sintetici (PLGA, PCL e PEG). I polimeri naturali sono preferiti rispetto ai composti sintetici per la loro biocompatibilità. I composti sintetici invece offrono una migliore disponibilità, una produzione in grandi quantità e possono essere personalizzati per varie applicazioni (1-3).
Metodi senza impalcatura per formare MCT
Gli sferoidi privi di impalcatura si formano attraverso tecniche dipendenti dall'agitazione, metodi di sovrapposizione di liquidi, colture di gocce sospese o su chip microfluidici. Le tecniche basate sull'agitazione prevedono l'agitazione costante delle cellule per prevenire l'attaccamento alla superficie (2,4). Il metodo della caduta sospesa utilizza la tensione superficiale e la gravità per favorire l'aggregazione cellulare. I metodi di sovrapposizione liquida prevedono l'uso di superfici non adesive come l'agar super idrofobico o l'agarosio per promuovere l'aggregazione cellulare (2).
Queste tre tecniche sono economiche e a bassa tecnologia, sebbene richiedano un'ottimizzazione completa per garantire una formazione uniforme di sferoidi. La microfluidica è un approccio nuovo ed è attualmente ampiamente esplorato poiché consente la crescita di colture a lungo termine e la manipolazione precisa degli sferoidi. Rispetto alle altre tecniche senza scaffold, la microfluidica offre la generazione di sferoidi su larga scala in condizioni controllate con precisione, rendendola un'opzione fattibile per gli screening di farmaci ad alto rendimento (2,5,6).
Scelta di un metodo di coltura adatto
La scelta della cultura 3D per generare MCT ha un impatto significativo sulla sua riproducibilità e affidabilità. Ad esempio, le linee cellulari MCF-7 e MDA-MB-231 coltivate utilizzando tecniche basate sull'agitazione e il metodo della goccia sospesa hanno prodotto sferoidi più grandi rispetto a quelle colture che utilizzano la tecnica di sovrapposizione liquida. Inoltre la prima tecnica ha indicato anche un aumento dei livelli di collagene di tipo 1 rispetto alle cellule coltivate utilizzando il metodo di sovrapposizione liquida (7).
È stato riscontrato anche che la generazione di MCT dipende dal tipo di additivi del mezzo utilizzati (8). È stato scoperto che linee cellulari di cancro alla vescica come RT4 formano sferoidi compatti sia nei metodi a goccia sospesa che in quelli di sovrapposizione di liquidi, sebbene il tasso di crescita degli sferoidi fosse molto più efficiente nelle tecniche di sovrapposizione di liquidi. Una valutazione di tutte le tecniche e dei diversi parametri indica che la goccia sospesa è il metodo più adatto per formare sferoidi tumorali altamente compatti e uniformi nella maggior parte delle linee cellulari tumorali. Tuttavia, queste tecniche devono essere sottoposte a ulteriore ottimizzazione in cui è possibile sviluppare un protocollo standardizzato e riproducibile per stabilire la formazione di sferoidi MCT di forma e dimensione uniformi (3).
Riferimenti
1. Benien P, Swami A. Modelli tumorali 3D: storia, progressi e prospettive future. Futuro Oncol. 2014;10(7):1311–27. 43.
2. Nunes AS, Barros AS, Costa EC, Moreira AF, Correia IJ. Sferoidi tumorali 3D come modelli in vitro per imitare la resistenza dei tumori solidi umani in vivo ai farmaci terapeutici. Biotecnologia Bioeng. 2019;116(1):206–26.
3. Han, SJ, Kwon, S. & Kim, KS Sfide legate all'applicazione di sferoidi tumorali multicellulari in fase preclinica. Cancer Cell Int 21, 152 (2021). https://doi.org/10.1186/s12935-021-01853-8
4. Cui X, Hartanto Y, Zhang H. Progressi nella formazione di sferoidi multicellulari. Interfaccia JR Soc. 2017;14:127.
5. Uhl CG, Liu Y. Dispositivo microfuidico per accelerare la crescita del tumore verso la valutazione del farmaco. Chip di laboratorio. 2019;19(8):1458–70.
6. Kwak B, Lee Y, Lee J, Lee S, Lim J. Fabbricazione di massa di sferoide tumorale 3D di dimensioni uniformi utilizzando un sistema microfuidico ad alto rendimento. J Rilascio del controllo. 2018;275:201–7.
7. Raghavan S, Mehta P, Horst EN, Ward MR, Rowley KR, Mehta G. Analisi comparativa delle tecniche di generazione di sferoidi tumorali per la tossicità differenziale dei farmaci in vitro. Oncobersaglio. 2016;7(13):16948–61.
8. Froehlich K, Haeger JD, Heger J, Pastuschek J, Photini SM, Yan Y, et al. Generazione di sferoidi tumorali del cancro al seno multicellulare: confronto tra diversi protocolli. J Neoplasia della ghiandola mammaria Biol. 2016;21(3–4):89–98.
9. Kuen, Janina. Influenza della co-coltura di cellule tumorali 3D/fibroblasti sulla differenziazione dei monociti e sulla progressione del tumore nel cancro del pancreas (2017).
