Samenvatting 3D in vitro kankermodellen

3D in vitro kankermodellen
1. Tumor micro-omgeving (TME)
Cellen die aanwezig zijn in de tumormicro-omgeving:
 Kankercellen
 Immuuncellen
o T-cellen, NK-cellen, macrofagen, dendritische cellen,…
 Fibroblasten of stromale cellen
o Productie extracellulaire matrix (collageen)
 Endotheelcellen (bloedvatvorming)


1.1. Interactie
 Paracriene interactie
o Bv: uitscheiden van groeifactoren door fibroblasten die kankergroei promoten
 Direct celcontact
o Bv: fibroblasten die een stromaal schild vormen rond pancreas kankercellen en deze
afscherlen van therapieën

1.2. Hypoxisch en zuur milieu
 Activatie van bv HIF1-a
 Invloed op groei, metabolisme, therapierespons,…


2. In vitro kankermodellen
2.1. Traditionele modellen
2.1.1. Kankercellijnen
Voordelen Nadelen
Kunnen commercieel aangekocht worden (bv Homogene celpopulatie
ATCC)
Meerdere kankercellijnen per tumortype Genetic drift: accumulatie van nieuwe mutaties
beschikbaar - = kankercellen die ooit van de patiënten
zijn afgeleid
Zeer goed gekarakteriseerd Beperkte correlatie met tumor in de patiënt
- Genoom, transcriptome
- Gevoeligheid voor hele reeks therapieën
reeds bepaald
Geïmortaliseerd




1

,2.1.2. 2D celculturen
Voordelen Nadelen
Eenvoudig/gestandariseerd Kankercellen groeien op plastiek
Reproduceerbaar Beperkte cel-cel en cel-ECM interacties
Goedkoop Verandering morfologie en transcriptoom
Activatie van andere pathways waardoor ze
anders reageren op behandelingen
Geen zuurstof en voedingsstoffen gradient
Niet representatief voor in vivo TME


2.2. 3D modellen
2.2.1. 3D celculturen of spheroïden (multi-cellulaire 3D structuren)  EXAMEN
Voordelen Nadelen
Cel-cel en cel-matrix contact Specifieke know-how vereist
Zuurstof (hypoxie) en voedingsstoffen gradient Moeilijker om te analyseren
Co-culturen Duurder
Recreëren van TME Reproduceerbaarheid
Mogelijkheid om vascularisatie en bloedtoevoer Low-throughput
na te bootsen (organ-on-a-chip)

2.2.2. 3D methodes
2.2.2.1. Scaffold/matrix based  EXAMEN
 3D structuren creëren door het recreëren van de extracellulaire matrix (ECM)
 Onwtikkelen van scaffolds/hydrogels die ECM nabootsen
o Animal-based (1ste generatie): Matrigel (>30 jaar) van muis sarcoma cellen
 Collageen, laminine, groeifactoren
 NADEEL: animal-derived, batch-to-batch variability, verhard bij
kamertemperatuur, activatie van immuuncellen
o Plant-based of synthetisch (2de generatie)
 Bv cellulose (GrowDex)
 VOORDEEL: consistente batches, verhard bij 37°C, beter gedefinieerd
 NADEEL: niet voor alle toepassingen bruikbaar
 Voorbeelden multi-spheroid applicaties
o Ingebedde multi-spheroïden in 96-well voor drug screening




o ECM druppels

2.2.2.2. Scaffold free
 Single spheroid (dus geen ECM)
 Ultra-low attachment coating (ULA)
 Round-bottom microplates
 Hanging-drop method




2

,2.2.2.3. Tumor-on-a-chip
 Microfluidics
 Nabootsen van bloedstroom/luchtstroom/…
 Recreeëren van cellagen dmv membraan
 Compartimenten met verschillende fysiologische condities of cellen
 Complexe analyse en low-throughput

2.2.2.4. 3D bioprinting
 Scaffold/hydrogel al dan niet met cellen
 Printen van complexeren structuren
 In combinatie met chip technologie


2.3. Patiënt afgeleide organoïden
 Cellijn is van een patiënt afgeleid, geïmmortaliseerd en werkt niet altijd goed  daarom
nieuwe techniek ontwikkeld  organoïden
 Kweken van ex vivo patiënt afgeleide tumoren of gezonde organen in 3D
 Multicellulaire structuren afgeleid van (kanker)stamcellen
o Behoud genomische, transcriptomische,… karakteristieken
o Differentiatie cellen  heterogene, functionele celpopulatie (bij organoïden afgeleid
van gezond weefsel)
o Self-organising  behoud morfologie
o Behoud van de complexiteit die in vivo gevonden wordt (bv. tumor heterogeniciteit)

2.3.1. Toepassingen
2.3.1.1. Preklinisch/translationeel onderzoek
 Tumor en normale organoids van dezelfde patiënt
o Uniek systeem
o Selectiviteit van behandelingen testen
 Rol van mutaties/genen bestuderen in carcinogenese
 Rol van cellen in TME
o Complexere samenstelling van organoid
opbouwen
o Effect van verschillende celtypes testen op groei
kankercellen

2.3.1.2. Klinische toepassingen
 Predictieve biomerkers
o Momenteel gebruikt voor therapieselectie
o Chemo/radiotherapie: nu geen of beperkte predictieve biomerkers
o Gerichte therapie
 Op basis van genetische testen
 Mutatie panels tegen voornaamste targets (e.g. EGFR, KRAS,…)
o Immunotherapie
 Immune checkpoint inhibitor expressie (e.g. PD-L1)
 Tumor reactive T-cells




3

,  Funtionele precisiegeneeskunde  EXAMEN
o Nieuwe manier van therapieselectie in ontwikkeling
o Testen van therapieën direct op tumor organoïden/kankercellen
afkomstig van de patiënt.
o Beoordeling van hoe een patiënt waarschijnlijk zal reageren op
verschillende behandelingen.
o Uitdaging: turnaround tijd, kost, expertise en klinische implementatie

2.3.2. Types  EXAMEN

Tumor Organoids Reconstituted (Assembloids) Patient-derived tumor
fragments
Epitheliale kankercel Fibroblasten, immuuncellen, Inheemse (native) tumormicro-
monoculturen endotheliale cellen omgeving
Geen tumormicro-omgeving Zelf-assembleren tot Korte-termijnkweken (< 7
microtumoren dagen)
Lange termijn & biobanken Lucht-vloeitstof interfase
Cryogepreserveerde
tumorfragmenten
Immunotherapie


3. Analysemethoden
3.1. Screenings assays
3.1.1. CellTiter-Glo 3D assay (Promega)
 Meest gebruikte methode voor high-throughput 3D screening
 Luminescentie: Lyse van cellen (lysisbuffer) en meting van vrijgesteld ATP
 Eenvoudig toepasbaar
 Enkel voor monoculturen (geen celtype specifieke read-out)
 Geen onderscheid tussen een cytotoxische of cytostatische response

3.1.2. Widefield imaging
 Kinetic live-cell imaging
 Fluorescente labels
o Levende cellen (bv. Hoechst, NucLight Red)
 Fototoxiciteit
o Dode cellen (bv. Cytotox Green)
 Label-free op basis van brightfield/phase-contrast imaging
o Gebruik van machine-learning om organoids te identificeren
 Onderscheiden van meerdere celtypes
 Multiparamterische read-out (cytotoxisch vs. cytostatisch, tracking, interactie tussen
celtypes,…)




4