Открытия исследовательской группы могут помочь разработчикам миниатюрных технологий «лаборатория на чипе» выращивать трехмерные колонии раковых клеток печени внутри крошечных камер чипа, а не просто двухмерные колонии, которые они обычно могут культивировать сейчас. Поскольку многие опухоли солидных тканей сами по себе являются трехмерными, трехмерные массивы клеток могут предоставить более реалистичную биологическую среду для тестирования фармацевтических препаратов, чем те, которые доступны в настоящее время.«Поскольку линии опухолевых клеток обычно используются для тестирования противораковых соединений, биомедицинское сообщество активно ищет способы протестировать эти лекарства на трехмерных культурах клеток», — сказал Дарвин Рейес-Эрнандес, биомедицинский инженер из NIST. «Наши результаты могут помочь преодолеть разрыв между анализами клеток в лаборатории и живых существ, пробел, который в настоящее время ограничивает процессы открытия лекарств».Чтобы выполнить обещание технологии «лаборатория на чипе», внутренняя часть чипа должна иметь много общих черт с самим корпусом, например, множество различных типов клеток, растущих в присутствии друг друга.
Ученые уже могут исследовать, что один тип клеток будет делать в присутствии молекулы лекарства, просто выращивая их вместе в лабораторной чашке Петри. Но лекарства должны работать в организме, а не только в лабораторных экспериментах. Чтобы изучать межклеточные взаимодействия контролируемым образом, ученые выращивают в чашке несколько типов клеток, заставляя каждый из них расти в разных местах, изменяя характеристики растущей поверхности, — метод, называемый микрорельефом.
Команда NIST, члены которой специализируются на микрожидкостных технологиях, которые составят большую часть лаборатории в физической среде чипа, изначально преследовала цель заставить два разных типа человеческих клеток расти бок о бок на поверхности: клетки рака печени, а также эндотелиальные клетки, которые выстилают кровеносные сосуды в организме и имеют решающее значение для прогрессирования рака. По словам члена команды Кирана Бхадрираджу, приглашенного исследователя из NIST, который приехал из исследовательского центра Theiss Research в Ла-Хойя, Калифорния, просто найти способ создать эту общую границу между двумя типами клеток было бы достойным достижением.
По его словам, существующие технологии для создания таких совместных культур с микрорельефами громоздки, и их нелегко использовать в крупномасштабных фармацевтических испытаниях.Команда предположила, что, когда они покрыли поверхность двумя разными адгезивами — одним фибронектином и смесью фибронектина и других веществ, называемых гибридным клеточным адгезивным материалом (hCAM), — клетки рака печени будут легко прилипать только к hCAM, в то время как эндотелиальные клетки будут прикрепляться к фибронектину.
Предварительные эксперименты подтвердили их догадку, и это открытие предоставило ученым NIST способ создания совместных культур опухолевых и эндотелиальных клеток там, где они хотели.Создание общей границы, к которой они изначально стремились, было само по себе достижением, но это было еще не все.
Когда они сделали изображения клеток с помощью метода, известного как лазерная конфокальная микроскопия, команда также обнаружила, что клетки на поверхности hCAM выросли многослойными массивами в трех измерениях. Добавление третьего белка, называемого трансглютаминазой — липкого фермента, который склеивает молекулы белка, — они могут заставить раковые клетки печени образовывать массивы толщиной всего в одну клетку, давая им контроль над процессом.
Знание этой относительно простой взаимосвязи между химическими веществами, поверхностными и раковыми клетками печени может быть полезно для культивирования раковых клеток вместе с совершенно разными типами клеток, говорит он, и может позволить масштабировать эти небольшие культуры клеток для такого рода высокопроизводительной работы. фармацевтической компании нужно будет протестировать большое количество кандидатов в лекарства.«Мы ожидаем, что другие линии раковых клеток могут быть использованы для создания микроподобных совместных культур», — сказал Бхадрираджу. «Хотя линия клеток рака печени, используемая здесь, является важной линией клеток для фармацевтической промышленности для тестирования противораковых препаратов, мы еще не тестировали, будут ли другие типы раковых клеток образовывать такие же типы трехмерных структур. Но мы» оптимистично, поскольку эти белки, которыми мы покрывали поверхность, обычно используются с другими видами раковых клеток ».