3D in vitro ko-kültür modelinde osteosarkom-tümör mikroçevre ilişkisi

Abstract

Mikroçevre, tümör dokusu içindeki kanser hücresi olmayan hücre yapılarını tanımlar.Bu alanda fibroblastlar, immün hücreler, sinyal molekülleri, ekstrasellüler matrix (ECM), bağdoku, integrinler ve sitokinler mevcuttur. Mikroçevre; tümörün anjiyogenezinde, invazyon vemigrasyonunda, ilaç direncinde ve tüm bunların sonucunda tümör progresyonunda aktif roloynar. Tümörün invazyonu ve migrasyonuna tümör hücresinin fenotipik ve genotipikdeğişiklikleri kadar sitokinler ve kemokinler de katkıda bulunur. Bu araştırmanın amacı; dokuözelliğini daha iyi yansıttığı bilinen 3-boyutlu (3D) in vitro osteosarkom kanser modelinde,stroma kanser hücresi cross- talk'unu mimetize eden farklı mikroçevreler yaratarak özelliklekemik iliği-kaynaklı mezenşimal kök hücrelerinin (BMSCs), normoksi ve hipoksikoşullarında tümör davranışı üzerine etkilerini araştırmaktır. Çalışmada, kemik iliği-kökenlimezenkimal kök hücrelerle osteosarkoma hücreleri normoksik ve hipoksik koşullarda birarada kültüre edilerek, mikroçevre cross-talk'u bağlamında laboratuvarımızda modellenmiştir.İnvazyon-migrasyon etkileri xCELLigence DP (ACEA, Biosciences, San Diego) gerçekzamanlı hücre analiz sistemi kullanılarak ölçülmüştür. 2D ve 3D ko-kültürlerkarşılaştırıldığında, 3D ko-kültürde hücrelerin invazyon-migrasyon oranının 2D'ye göreanlamlı oranda arttığı saptanmıştır. Ayrıca osteosarkomda hipoksik koşulların normoksikkoşullara göre invazyon-migrasyonu artırdığı; özellikle 3D ortamda bu durumun daha fazlauyarıldığı gösterilmiştir. Literatürde ve klinik uygulamada osteosarkomlu hastalarınprognostik değerlendirmesi klinik parametrelerle sınırlı olmakla birlikte, metastaza yön verentümör agresifliğinin moleküler belirteçleri henüz kesin olarak tanımlanmamıştır. Bu nedenletümör davranışını öngören moleküler biyobelirteç çalışmalarına gerek duyulmaktadır. Buaçıdan 3D ko-kültür çalışmalarının in vivo tümör yapısını ve mikroçevre ilişkilerini daha iyiyansıttığı gösterilmiştir. Ancak osteosarkom alt tipinden bağımsız olarak kritik 2parametrelerin belirlenmesi için tümör mikroçevresinin dinamizminin, birleşenlerinin ve tümördavranışını belirleyen yolakların downstream fonksiyonel analizlerini kapsayan ileriçalışmaların yapılması gerekmektedir.

Microenvironment identifies cancer cells and non-cellular structure in the tumor tissue.Fibroblasts, immune cells, signaling molecules, extracellular matrix (ECM), connective tissue,integrins, and cytokines present in this environment. Microenvironment plays an active role intumor angiogenesis, invasion and migration, drug resistance and tumor progression. Cytokinesand chemokines contribute to tumor invasion-migration as much as phenotypic and genotypicchanges. The aim of this study is to investigate effects of mesenchymal stem cell andnormoxic and hypoxic conditions on tumor behavior in 3-dimensional (3D) in vitro cancermodel mimicking in vivo tissue features best with creating different microenvironments. Inthis study, bone marrow-derived mesenchymal stem cells and osteosarcoma cells werecultured together in normoxic and hypoxic conditions, and micro-environment cross-talk wasmodeled in our laboratory. The invasion-migrationn rates were measured with xCELLigenceDP (ACEA, Biosciences, San Diego, CA) real-time cell analysis system. The invasionmigrationrates of cells in 3D co-culture was found to increase significantly compared to thetwo-dimensional. In addition, it has been shown that hypoxic conditions increase themigration and invasion of osteosarcoma cells compered to normoxic conditions, and thissituation is triggered especially in 3D culture. Prognostic evaluation of patients with OS islimited to clinical parameters and molecular markers of tumor agressiveness effectingmetastasis can't be defined accurately. At this point, 3D co-culture studies has been shown toreflect in vivo tumor structure and microenvironment relationships better. However,dynamism and components of tumor microenvironment should be analysed for detection ofcritical parameters independent of OS subtypes.