Разработка и анализ функциональных тестов на основе трёхмерных опухолевых сфероидов для валидации мишеней и оценки лекарственных препаратов

Введение: Имеются убедительные доказательства того, что трёхмерные культуры опухолевых клеток in vitro точнее отражают сложное микроокружение in vivo, чем простые двумерные монослои клеток, в частности по профилям экспрессии генов, активности сигнальных путей и чувствительности к лекарственным препаратам. Однако большинство доступных в настоящее время трёхмерных методов требует много времени и/или недостаточно воспроизводимо, поэтому крайне необходимы стандартизированные и быстрые протоколы.

Результаты: Для решения этой задачи мы разработали универсальный набор воспроизводимых моделей трёхмерных опухолевых сфероидов, предназначенных для динамической автоматизированной количественной визуализации и анализа и совместимых с рутинными высокопроизводительными доклиническими исследованиями. Эти методы на основе микропланшетов позволяют не только измерять рост опухоли в трёхмерной культуре, но и проводить расширенный спектр функциональных тестов, отражающих другие ключевые признаки рака, включая клеточную подвижность и инвазию в матрикс. Кроме того, взаимная инвазия тканей и ангиогенез могут моделироваться при совместном культивировании опухолевых сфероидов с эмбриоидными тельцами мыши, внутри которых происходит ангиогенная дифференцировка. Высокозлокачественные опухолевые клетки человека использовали для демонстрации терапевтических эффектов трёх препаратов, действующих на специфические молекулярные мишени: PI-103 (ингибитор фосфатидилинозитол-3-киназы (PI3K) и механистической мишени рапамицина у млекопитающих (mTOR)), 17-N-allylamino-17-demethoxygeldanamycin (17-AAG; ингибитор белка теплового шока 90 (HSP90)) и CCT130234 (ингибитор фосфолипазы C (PLC)γ, разработанный в нашей лаборатории). Полностью автоматизированный анализ с помощью цитометра Celigo был валидирован для оценки роста и инвазии опухолевых сфероидов в сравнении со стандартными методами анализа изображений; он продемонстрировал отличную воспроизводимость и существенно более высокую пропускную способность. Кроме того, мы выявили существенные различия в чувствительности к препаратам, действующим на молекулярные мишени, между двумерными и трёхмерными культурами, а также продемонстрировали более высокую эффективность некоторых препаратов в отношении миграции и инвазии клеток по сравнению с пролиферацией, что указывает на их преимущественную применимость при метастатической болезни.

Выводы: Мы разработали и валидировали набор высоковоспроизводимых функциональных тестов на основе трёхмерных опухолевых сфероидов в микропланшетах, повышающих биологическую значимость ранних доклинических исследований рака. По нашему мнению, эти тесты повысят прогностическую ценность оценки лекарственных препаратов in vitro с точки зрения их клинической эффективности и сократят потребность в исследованиях in vivo за счёт более эффективного отбора соединений.