De weg vrijmaken voor het testen van experimentele medicijnen in meer realistische omgevingen, wetenschappers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) hebben ontdekt hoe kleine kolonies cellen op nuttige nieuwe manieren kunnen groeien in petrischalen.

De ontdekkingen van het onderzoeksteam kunnen ontwerpers van miniatuur 'lab-on-a-chip'-technologieën helpen om driedimensionale kolonies van leverkankercellen te laten groeien in de kleine kamers van een chip, in plaats van de louter tweedimensionale kolonies die ze nu over het algemeen kunnen kweken. Omdat veel vaste-weefseltumoren zelf driedimensionaal zijn, 3D-celarrays zouden realistischere biologische omgevingen kunnen bieden voor het testen van geneesmiddelen dan die welke momenteel beschikbaar zijn.

"Omdat tumorcellijnen vaak worden gebruikt voor het testen van antikankerverbindingen, de biomedische gemeenschap is actief op zoek naar manieren om deze medicijnen te testen in 3D-celculturen, " zei Darwin Reyes-Hernandez, een biomedisch ingenieur bij NIST. "Onze bevindingen kunnen helpen de kloof te overbruggen tussen analyses van cellen in het laboratorium en in levende wezens, een kloof die momenteel de geneesmiddelenontdekkingsprocessen beperkt."

Om de belofte van lab-on-a-chip-technologie waar te maken, het interieur van de chip moet veel gemeenschappelijke kenmerken hebben met het lichaam zelf, zoals veel verschillende celtypen die in elkaars aanwezigheid groeien. Wetenschappers kunnen al onderzoeken wat een enkel celtype zou doen in de aanwezigheid van een medicijnmolecuul door ze simpelweg samen te laten groeien in een petrischaaltje in een laboratorium. Maar medicijnen moeten in het lichaam werken, niet zomaar een laboratoriumexperiment. Om cel-cel interacties op een gecontroleerde manier te bestuderen, wetenschappers kweken meerdere celtypes in de schaal, elk type op een andere locatie laten groeien door de kenmerken van het groeioppervlak te veranderen, een techniek genaamd micropatterning.

Het NIST-team, waarvan de leden gespecialiseerd zijn in de microfluïdische technologieën die een groot deel van het laboratorium zouden vormen in de fysieke omgeving van een chip, had aanvankelijk het doel om twee verschillende soorten menselijke cellen naast elkaar op een oppervlak te laten groeien:leverkankercellen en endotheelcellen, die de bloedvaten in het lichaam bekleden en cruciaal zijn voor de progressie van kanker. Alleen al het vinden van een manier om deze gedeelde grens tussen twee celtypen te creëren, zou een waardige prestatie zijn geweest, volgens teamlid Kiran Bhadriraju, een NIST gastonderzoeker die op bezoek is van Theiss Research in La Jolla, Californië. Bestaande technologieën om dergelijke co-culturen met micropatronen te creëren, zijn omslachtig, hij zei, en niet gemakkelijk gebruikt bij grootschalige farmaceutische testen.

Het team theoretiseerde dat wanneer ze het oppervlak bedekken met twee verschillende kleefstoffen - alleen fibronectine en een composiet van fibronectine en andere stoffen die hybride celadhesiemateriaal (hCAM) worden genoemd - de leverkankercellen gemakkelijk alleen aan de hCAM zouden blijven plakken, terwijl de endotheelcellen aan het fibronectine zouden hechten. Voorlopige experimenten bevestigden hun vermoeden, en de ontdekking gaf de NIST-wetenschappers een manier om co-culturen van de tumor en endotheelcellen te creëren waar ze ze wilden hebben.

Het creëren van de gedeelde grens die ze aanvankelijk hadden gezocht, was een prestatie op zich, maar er kwam meer. Toen ze foto's van de cellen namen met een techniek die bekend staat als laserconfocale microscopie, het team ontdekte ook dat de cellen op het hCAM-oppervlak gelaagde arrays in drie dimensies hadden gekregen. Door een derde eiwit toe te voegen, transglutaminase genaamd, een kleverig enzym dat eiwitmoleculen aan elkaar lijmt, kunnen de leverkankercellen in plaats daarvan arrays vormen die slechts een enkele cel dik zijn, hen controle te geven over het proces.

Deze relatief eenvoudige relatie tussen de chemicaliën kennende, oppervlakte- en leverkankercellen kunnen nuttig zijn voor het kweken van kankercellen samen met totaal verschillende celtypes, hij zegt, en zou het mogelijk kunnen maken dat deze kleine celculturen worden opgeschaald voor het soort werk met hoge doorvoer dat een farmaceutisch bedrijf nodig zou hebben om grote aantallen kandidaat-geneesmiddelen te testen.

"We verwachten dat andere kankercellijnen kunnen worden gebruikt voor het micropatterneren van vergelijkbare co-culturen, " zei Bhadriraju. "Hoewel de hier gebruikte leverkankercellijn een belangrijke cellijn is voor de farmaceutische industrie voor het testen van geneesmiddelen tegen kanker, we hebben nog niet getest of andere soorten kankercellen dezelfde soorten 3D-structuren zullen vormen. Maar we zijn optimistisch, omdat deze eiwitten waarmee we het oppervlak hebben bedekt, vaak worden gebruikt met andere soorten kankercellen."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan NIST. Lees hier het originele verhaal.