Les 4: 3D in vitro kankermodellen
- Oncologisch onderzoek op cellen, 2D culturen à muizen à kliniek
- Toenemende druk om in vivo onderzoek te limiteren (ethisch)
o FDA bepaalt of een bepaalde drug in de kliniek mag gebruikt worden of een
bepaalde drug verkocht mag wordenà vroegen data van muizen à nu is er een
act opgesteld dat toelaat dat er meer geavanceerde modellen ook gebruikt mogen
worden
- Hij denkt dat dit heel goed is
1. Tumor micro-omgeving (TME)
- Focus op in vitro modellen, 2D culturen
- Maar kanker is niet alleen
- Pancreascellen zijn omringd door de micro-omgeving: macrofagen, immuuncellen,
lymfocyten, bindweefselcellen (à gaan ECM uitscheiden), endotheelcellen
- Heel lang gebeurt er onderzoek met 2D modellen à niet representatief voor patiënt
- Cellen communiceren met elkaar
o Paracriene interactie: uitscheiden van factoren om cellen te activeren
§ Bv. uitscheiden van groeifactoren door fibroblasten die kankergroei
promoten.
o Directe cel contact: directe communicatie tussen cellen
§ Bv. fibroblasten die een stromaal schild vormen rond pancreas kankercellen
en deze afschermen van therapieën
- Voedingsstof gradiënt
o Tumorcellen groeien zo snel à bloedvaten kunnen niet volgen à hypoxische
omgeving à kankercellen kunnen zich aanpassen à hierdoor minder gevoelig
aan bepaalde therapieën
o Hypoxie
§ Activatie van bv. HIF1alpha
§ Invloed op groei, metabolisme, therapierespons
2. In vitro kankermodellen
Traditionele modellen
- Kankercellijnen
o Commercieel beschikbaar
o Nadelen: homogene populatie, genetic drift (accumulatie van nieuwe mutaties),
beperkte correlatie met tumor in patiënt
§ Van patiënten afgeleid, al heel lang à hoe representatief voor de kanker die
in de patiënt is gevonden
o Voordelen: meerdere kankercellijnen per tumortype beschikbaar, zeer goed
gekarakteriseerd (genoom, transcriptome, gevoeligheid voor hele reeks
therapieën reeds bepaald), geïmortaliseerd
, - 2D culturen
o Nadeel: gemiste contact met ECM en cel-cel interacties, veranderingen van
morfologie en transcriptoom, activatie of inactivatie van pathways, geen zuurstof
en voedingsstoUen gradiënt, weinig representatief voor in vivo TME (hierdoor falen
veel van deze drugs in de kliniek)
o Voordeel: eenvoudig/gestandaardiseerd, reproduceerbaar, goedkoop
3D modellen
- Voordelen: rechtstreeks cel contact wordt behouden, zuurstof en voedingsstoUen
gradiënt, interactie tussen cellen, co-culturen, recreëren van TME, mogelijkheid om
vascularisatie en bloedtoevoer na te bootsen
- Nadeel: nieuwe protcols implementeren, specifieke know-how vereist, moeilijker om
te analyseren, duurder, reproduceerbaarheid, low throughput
- ScaUold/matrix based
o Extracellulaire matrix (ECM)
o Ontwikkeling van scaUold/hydrogels die ECM nabootsen
o Animal based: afgeleid, matrigel van muis sarcoma cellen
§ Bevat collageen, laminine, groeifactoren (niet altijd een voordeel) …
§ Nadeel: ethisch (animal-derived), batch-to-batch variability, activatie van
immuuncellen (afkomstig van muis immers), verhard bij kamertemperatuur
à koeling nodig,
o Plant-based
§ Van cellulose bijvoorbeeld
§ Voordeel: gemakkelijker om te gebruiken in het lab, want het is verhard bij
37°C, consistente batches, beter gedefinieerd
o Voorbeelden multi-spheroid applicaties
§ Ingebedde multi-spheroiden in 96-well voor drug screening
§ Soms migreren de cellen uit de druppel à 2D ook te zien
- ScaUold free
o Meer mechanische methoden om de cellen te stimuleren om samen te komen
o Single spheroid
o Ultra-low attachment coating (ULA)
o Round-bottom microplates
o Hanging-drop method
- Tumor-on-a-chip
o Geavanceerder
o Kleine chips waar dat je in verschillende zones verschillende soorten cellen kan
laten groeien = microfluids
o Interactie tussen bloedcellen en kankercellen laten nabootsen
o Compartimenten met verschillende fysiologische condities of cellen
o Complexe analyse en low-throughput
o Voordeel: relevanter, verschillende organen combineren
o Nadeel: technologische expertise, en analyse daarvan is vaak moeilijk en
tijdrovend
- 3D bioprinten
o ScaUold/hydrogel al dan niet met cellen
o Printen van complexere structuren
o In combinatie met chip technologie
- Oncologisch onderzoek op cellen, 2D culturen à muizen à kliniek
- Toenemende druk om in vivo onderzoek te limiteren (ethisch)
o FDA bepaalt of een bepaalde drug in de kliniek mag gebruikt worden of een
bepaalde drug verkocht mag wordenà vroegen data van muizen à nu is er een
act opgesteld dat toelaat dat er meer geavanceerde modellen ook gebruikt mogen
worden
- Hij denkt dat dit heel goed is
1. Tumor micro-omgeving (TME)
- Focus op in vitro modellen, 2D culturen
- Maar kanker is niet alleen
- Pancreascellen zijn omringd door de micro-omgeving: macrofagen, immuuncellen,
lymfocyten, bindweefselcellen (à gaan ECM uitscheiden), endotheelcellen
- Heel lang gebeurt er onderzoek met 2D modellen à niet representatief voor patiënt
- Cellen communiceren met elkaar
o Paracriene interactie: uitscheiden van factoren om cellen te activeren
§ Bv. uitscheiden van groeifactoren door fibroblasten die kankergroei
promoten.
o Directe cel contact: directe communicatie tussen cellen
§ Bv. fibroblasten die een stromaal schild vormen rond pancreas kankercellen
en deze afschermen van therapieën
- Voedingsstof gradiënt
o Tumorcellen groeien zo snel à bloedvaten kunnen niet volgen à hypoxische
omgeving à kankercellen kunnen zich aanpassen à hierdoor minder gevoelig
aan bepaalde therapieën
o Hypoxie
§ Activatie van bv. HIF1alpha
§ Invloed op groei, metabolisme, therapierespons
2. In vitro kankermodellen
Traditionele modellen
- Kankercellijnen
o Commercieel beschikbaar
o Nadelen: homogene populatie, genetic drift (accumulatie van nieuwe mutaties),
beperkte correlatie met tumor in patiënt
§ Van patiënten afgeleid, al heel lang à hoe representatief voor de kanker die
in de patiënt is gevonden
o Voordelen: meerdere kankercellijnen per tumortype beschikbaar, zeer goed
gekarakteriseerd (genoom, transcriptome, gevoeligheid voor hele reeks
therapieën reeds bepaald), geïmortaliseerd
, - 2D culturen
o Nadeel: gemiste contact met ECM en cel-cel interacties, veranderingen van
morfologie en transcriptoom, activatie of inactivatie van pathways, geen zuurstof
en voedingsstoUen gradiënt, weinig representatief voor in vivo TME (hierdoor falen
veel van deze drugs in de kliniek)
o Voordeel: eenvoudig/gestandaardiseerd, reproduceerbaar, goedkoop
3D modellen
- Voordelen: rechtstreeks cel contact wordt behouden, zuurstof en voedingsstoUen
gradiënt, interactie tussen cellen, co-culturen, recreëren van TME, mogelijkheid om
vascularisatie en bloedtoevoer na te bootsen
- Nadeel: nieuwe protcols implementeren, specifieke know-how vereist, moeilijker om
te analyseren, duurder, reproduceerbaarheid, low throughput
- ScaUold/matrix based
o Extracellulaire matrix (ECM)
o Ontwikkeling van scaUold/hydrogels die ECM nabootsen
o Animal based: afgeleid, matrigel van muis sarcoma cellen
§ Bevat collageen, laminine, groeifactoren (niet altijd een voordeel) …
§ Nadeel: ethisch (animal-derived), batch-to-batch variability, activatie van
immuuncellen (afkomstig van muis immers), verhard bij kamertemperatuur
à koeling nodig,
o Plant-based
§ Van cellulose bijvoorbeeld
§ Voordeel: gemakkelijker om te gebruiken in het lab, want het is verhard bij
37°C, consistente batches, beter gedefinieerd
o Voorbeelden multi-spheroid applicaties
§ Ingebedde multi-spheroiden in 96-well voor drug screening
§ Soms migreren de cellen uit de druppel à 2D ook te zien
- ScaUold free
o Meer mechanische methoden om de cellen te stimuleren om samen te komen
o Single spheroid
o Ultra-low attachment coating (ULA)
o Round-bottom microplates
o Hanging-drop method
- Tumor-on-a-chip
o Geavanceerder
o Kleine chips waar dat je in verschillende zones verschillende soorten cellen kan
laten groeien = microfluids
o Interactie tussen bloedcellen en kankercellen laten nabootsen
o Compartimenten met verschillende fysiologische condities of cellen
o Complexe analyse en low-throughput
o Voordeel: relevanter, verschillende organen combineren
o Nadeel: technologische expertise, en analyse daarvan is vaak moeilijk en
tijdrovend
- 3D bioprinten
o ScaUold/hydrogel al dan niet met cellen
o Printen van complexere structuren
o In combinatie met chip technologie
