Ανάπτυξη και σύγκριση 2D και 3D καλλιεργειών σε επιθηλιακά καρκινικά κύτταρα

• Main Author: Μπαρούτας, Γεώργιος
• Other Authors: Baroutas Georgios
• Language: Greek
• Published: 2023
• Subjects: Καρκίνος; Εξωκυττάριος χώρος; Σφαιροειδή; 3D καλλιέργειες; Μεταλλοπρωτεϊνάσες; MMPs; CD44; Spheroids; Cancer; 3D cultures; Extracellular matrix

ECM αποτελεί ένα πολύπλοκο δίκτυο μακρομορίων που παρέχει μηχανική υποστήριξη σε κύτταρα και ιστούς, επηρεάζοντας την κυτταρική συμπεριφορά. Ο ECM διαδραματίζει καίριο ρόλο στην ανάπτυξη και την πρόοδο του καρκίνου, μέσω δυναμικών αλληλεπιδράσεων των συστατικών του. Η διαφοροποιημένη έκφραση των μακρομορίων του ECM συνεισφέρει στην ανάπτυξη, την διήθηση και την μετάσταση των καρκινικών κυττάρων. Η μελέτη των δομικών του χαρακτηριστικών αλλά και των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των μορίων του ECM και των καρκινικών κυττάρων οδηγεί στην καλύτερη κατανόηση των μοριακών μηχανισμών της εξέλιξης του καρκίνου, καθώς και στην ανάπτυξη νέων θεραπευτικών προσεγγίσεων. H ανάπτυξη τρισδιάστατων (3D) σφαιροειδών που προέρχονται από καρκινικά κύτταρα αποτελεί ένα χρήσιμο εργαλείο για την in vivo 3D προσομοίωση του όγκου. Πλεονέκτημα των 3D καλλιεργειών είναι ότι τα κύτταρα είναι δυνατό να πραγματοποιούν αλληλεπιδράσεις σε όλη τους την επιφάνεια σε αντίθεση με τις παραδοσιακές 2D καλλιέργειες. Η μελέτη της ανάπτυξης 3D καλλιεργειών προσελκύει το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας, καθώς φαίνεται πως αποτελεί σημείο κλειδί το οποίο δύναται να γεφυρώσει το χάσμα ανάμεσα στις in vitro και in vivo συνθήκες και να επιταχύνει τις προκλινικές μελέτες. Με την χρήση των 3D καλλιεργειών παρέχεται η δυνατότητα για εις βάθος κατανόηση της βιολογίας του καρκίνου, γεγονός το οποίο δύναται να έχει καταλυτικό ρόλο για την ανάπτυξη νέων θεραπευτικών προσεγγίσεων. Στην παρούσα μελέτη αναπτύχθηκαν και χαρακτηρίστηκαν οι μεταβολές που υφίστανται καρκινικά κύτταρα όταν αυτά καλλιεργηθούν σε 2D και σε 3D καλλιέργειες. Μέσω αυτής της σύγκρισης στοχεύουμε στην βαθύτερη κατανόηση της αλλαγής της κυτταρικής συμπεριφοράς και της έκφρασης των βιομορίων του ECM αναλόγως του συστήματος κυτταροκαλλιέργειας. Η κυτταρική σειρά που χρησιμοποιήθηκε είναι η MCF-7, καρκινικά κύτταρα του μαστού τα οποία είναι ERα-θετικά, επιθηλιακής μορφολογίας και χαμηλής μεταστατικότητας. Η 3D καλλιέργεια των κυττάρων πραγματοποιήθηκε με τη δημιουργία σφαιροειδών που έγινε με χρήση ειδικών πλακών χαμηλής προσκολλητικής ικανότητας και σφαιρικού πυθμένα. Μέσω των συγκεκριμένων καλλιεργειών αξιολογήθηκε ο κυτταρικός πολλαπλασιασμός αλλά και η έκφραση σε μεταγραφικό επίπεδο σημαντικών βιομορίων του ECM. Μελετήθηκε επίσης σε πρωτεϊνικό επίπεδο η έκφραση του υποδοχέα του υαλουρονικού οξέος CD44 καθώς και η ενζυμική δραστικότητα μεταλλοπρωτεϊνασών και συγκεκριμένα των ζελατινασών MMP2 και MMP9. xii Παρουσιάζει ενδιαφέρον το γεγονός ότι παρατηρήθηκε μείωση της διαμέτρου των σφαιροειδών κατά την διάρκεια της 3D καλλιέργειας και πιο αργός ρυθμός πολλαπλασιασμού των κυττάρων σε σχέση με τις 2D καλλιέργειες. Επίσης, παρατηρήθηκε στατιστικώς σημαντική αύξηση της γονιδιακής έκφρασης των MMPs που εξετάστηκαν (MMP2, MMP7, MMP14), καθώς και των ενδογενών αναστολέων τους, TIMP1 και ΤΙΜP2. Αντιθέτως για την συνδεκάνη-1 παρατηρήθηκε στατιστικώς σημαντική μείωση στα επίπεδα έκφρασής της. Ακόμα, παρατηρήθηκε υπερέκφραση του CD44 τόσο σε μεταγραφικό, όσο και σε πρωτεϊνικό επίπεδο. Συμπερασματικά, παρατηρούμε σημαντικές μεταβολές στην κυτταρική συμπεριφορά των καρκινικών κυττάρων, όταν καλλιεργούνται με την μορφή 3D-σφαιροειδών, καθώς και διαφορές στα προφίλ έκφρασης σημαντικών βιομορίων του ECM, γεγονός που αποδεικνύει ότι η μίμηση του in vivo μικροπεριβάλλοντος του όγκου επηρεάζεται από την δυναμική αλληλεπίδραση των καρκινικών κυττάρων με το δίκτυο μακρομορίων του ECM.