Microstrutture della matrice extracellulare del seno umano e colture 3D di idrogel proteico di cellule epiteliali mammarie

La matrice extracellulare tissutale (ECM) è un microambiente strutturalmente e compositivamente unico all’interno del quale le cellule native possono svolgere le loro attività biologiche naturali. Le cellule cresciute su substrati artificiali differiscono biologicamente e fenotipicamente da quelle cresciute all’interno del loro microambiente tissutale nativo.

Mancano studi che esaminino le strutture ECM dei tessuti umani e la biologia delle cellule dei tessuti umani nella loro corrispondente ECM tissutale. Tali indagini miglioreranno la nostra comprensione delle condizioni fisiopatologiche umane per una migliore assistenza clinica.

Riportiamo qui le caratteristiche strutturali del tessuto mammario normale umano e del tessuto carcinoma duttale invasivo ECM. Per la prima volta, un idrogel è stato fabbricato con successo utilizzando estratti proteici interi di ECM mammario normale umano. Utilizzando la colorazione dell’immunofluorescenza del collagene di tipo I (Col I) e l’apprendimento automatico dei suoi modelli fibrosi nell’idrogel ECM del seno umano polimerizzato, abbiamo definito le caratteristiche microstrutturali dell’idrogel e confrontato le microstrutture con quelle di altri idrogel ECM nativi.

È importante sottolineare che l’idrogel ECM ha supportato la crescita 3D e l’interazione cellula-ECM di cellule epiteliali mammarie normali e cancerose. Questo lavoro rappresenta un ulteriore avanzamento verso la piena ricostituzione del microambiente del tessuto mammario umano, un risultato che accelererà l’uso di matrici derivate da tessuto patofisiologico umano per la ricerca biomedica individualizzata e lo sviluppo terapeutico.

Esplorazione dell’attività dei derivati dell’imidazolo portatori di benzenesulfonamide nel cancro al seno triplo negativo e nel melanoma in colture cellulari 2D e 3D

I composti eterociclici sono uno dei principali gruppi di composti organici che possiedono una vasta gamma di applicazioni in vari settori della scienza e i loro derivati sono presenti in molte strutture bioattive. Mostrano un’ampia varietà di attività biologiche. Recentemente, sempre più attenzione è stata focalizzata su tali composti eterociclici come gli azoli. In questo lavoro, abbiamo sintetizzato una serie di nuovi derivati imidazolici che incorporano una porzione benzensulfonamide nella loro struttura, che sono stati poi valutati per la loro citotossicità contro il carcinoma mammario umano triplo negativo MDA-MB-231 e le linee cellulari di melanoma maligno umano IGR39 mediante test MTT .

Derivati imidazolici contenenti benzenesulfonamide contenenti 4-cloro e 3,4-diclorosostituenti nell’anello benzenico e gruppi 2-etiltio e 3-etil nell’anello imidazolico sono stati determinati come i composti più attivi. La concentrazione massima efficace dimezzata (EC ₅₀ ) della maggior parte dei composti citotossici era 27,8 ± 2,8 contro M contro la linea cellulare IGR39 e 20,5 ± 3,6 contro M contro la linea cellulare MDA-MB-231. I composti hanno ridotto la formazione di colonie cellulari di entrambe le linee cellulari e hanno inibito la crescita e la vitalità degli sferoidi delle cellule IGR39 in modo più efficiente rispetto agli sferoidi del cancro al seno triplo negativo.

La proliferazione e la differenziazione delle cellule Caco-2 intestinali vengono mantenute in coltura con lisato piastrinico umano invece del siero fetale di vitello

Le linee cellulari sono ampiamente utilizzate come sistemi modello in vitro e sostituiscono gli esperimenti sugli animali. Si ritiene che la linea cellulare Caco-2 frequentemente utilizzata rifletta le caratteristiche dell’epitelio intestinale differenziato. Tuttavia, la necessità di coltivare le cellule con siero fetale di vitello (FCS) induce un’elevata variabilità, rischio di contaminazione ed è eticamente controversa. Abbiamo testato la coltura di cellule Caco-2 con lisato piastrinico umano (PL) invece di FCS.

Abbiamo confrontato la vitalità e la differenziazione cellulare misurando i livelli di ATP, l’espressione genica e proteica di marcatori specifici in estratti cellulari totali, vescicole di membrana a bordo spazzola (BBM) e zattere lipidiche (LR). La vitalità cellulare è stata leggermente migliorata nelle cellule cresciute con PL rispetto a FCS. Le cellule si sono differenziate in un fenotipo intestinale come le cellule coltivate in FCS, come indicato dai livelli di espressione genica simili dell’esoso e delle proteine di trasporto delle proteine e della proteina strutturale VILLIN .

BBM ha mostrato una distribuzione comparabile delle idrolasi intestinali, indicando una polarità della membrana cellulare mantenuta. Anche la distribuzione del marcatore proteico FLOTILLIN-2 in LR era simile. Concludiamo che PL è un sostituto squisito e adatto per FCS nella coltura di cellule Caco-2 che può eliminare molti svantaggi sostenuti a causa dell’uso di FCS.

Sistemi di coltura cellulare 3D: applicazione del tumore, vantaggi e svantaggi

Il tradizionale sistema di coltura cellulare in vitro bidimensionale (2D) (su un supporto piatto) è stato a lungo utilizzato nella ricerca sul cancro. Tuttavia, questo sistema non può essere completamente tradotto in studi clinici per rappresentare idealmente condizioni fisiologiche. Questa coltura non può imitare il microambiente tumorale naturale a causa della mancanza di comunicazione cellulare (cellula-cellula) e di interazione (cellula-cellula e cellula-matrice).

Per superare queste limitazioni, i sistemi di coltura tridimensionali (3D) sono sempre più sviluppati nella ricerca e sono diventati essenziali per la ricerca sui tumori, l’ingegneria dei tessuti e la ricerca biologica di base. La cultura 3D ha ricevuto molta attenzione nel campo della biomedicina grazie alla sua capacità di imitare la struttura e la funzione dei tessuti. La matrice 3D presenta una struttura altamente dinamica in cui i suoi componenti vengono depositati, degradati o modificati per delineare funzioni e fornire una piattaforma in cui le cellule si attaccano per svolgere le loro funzioni specifiche, tra cui adesione, proliferazione, comunicazione e apoptosi.

Finora, vari tipi di modelli appartengono a questa cultura: o la coltura basata su matrici aderenti naturali o sintetiche utilizzate per progettare scaffold 3D come biomateriali per formare una matrice 3D o basata su matrici non aderenti e/o matrici libere per formare il sferoidi. In questa recensione, riassumiamo innanzitutto un confronto tra culture 2D e 3D. Quindi, ci concentriamo sui diversi componenti della matrice extracellulare naturale che possono essere utilizzati come supporti nella cultura 3D.

Quindi dettagliamo diversi tipi di supporti naturali come matrigel, idrogel, supporti rigidi e diverse strategie sintetiche di matrici 3D come liofilizzazione, elettrospiding, stereolitografia, microfluido citando i vantaggi e gli svantaggi di ciascuno di essi. Infine, riassumiamo i diversi metodi di generazione di sferoidi normali e tumorali, citando i rispettivi vantaggi e svantaggi al fine di ottenere un modello 3D ideale (matrice) che mantenga le seguenti caratteristiche: migliore biocompatibilità, buone proprietà meccaniche corrispondenti al tessuto tumorale, degradabilità , microstruttura controllabile e componenti chimici come il tessuto tumorale, scambio di nutrienti favorevole e facile separazione delle cellule dalla matrice.