中南大学のChen Xiang/Chen Zeyu/Zhao Shuang、小：腫瘍転移をシミュレートするためのトランスウェル統合オルガノイドチップ

腫瘍の異質性は、個別化診断および治療の進歩に対する大きな障害であると長い間考えられてきました。その中で、腫瘍転移は腫瘍の異質性と密接な関係があり、悪性腫瘍の一般的な重篤な症状であり、患者の生存率と生活の質に大きな影響を与えます。腫瘍オルガノイドは、腫瘍組織内の腫瘍特異的幹細胞から三次元組織培養によって形成された細胞クラスターです。腫瘍の特性と腫瘍細胞の異質性を生体内でシミュレートできます。この技術の応用により、腫瘍の研究と治療のための信頼できるモデルが提供され、特に個別化された腫瘍の診断と治療の新たな選択肢が開かれます。現在、体外で腫瘍オルガノイド技術を使用して腫瘍の転移を評価する方法はまだ不足しています。細胞移動能力を評価する従来の方法には、トランスウェルやセルスクラッチなどがあります。これらの方法では、原発腫瘍の転移のプロセスをシミュレートできないため、腫瘍の転移能力を効果的に評価することはできません。臓器チップ技術は、人間の臓器の機能をシミュレートすることができます。マイクロチップと生体材料を組み合わせることで、薬物の効果をより正確に研究・テストし、病気のメカニズムを理解し、個別化された診断・治療法を開発することが可能になります。しかし、現在腫瘍転移の研究に使用されている臓器チップのほとんどは、依然として従来の腫瘍細胞株を使用してモデルを構築しています。従来の腫瘍細胞株と患者由来の腫瘍細胞の間には大きな違いがあるため、真の腫瘍転移プロセスを再構築することは難しく、既存の方法では臨床応用のニーズを満たすことができません。

最近、中南大学湘雅病院皮膚科、中南大学機械電気工学学院、重慶大学三峡病院の研究チームが「トランスウェル統合型オルガノイドオンチッププラットフォームを使用した腫瘍転移の模倣」と題するオリジナル論文をSmall（IF=13.3）誌オンライン版に掲載しました。この研究では、腫瘍の転移を評価するための腫瘍オルガノイドチップを紹介します。このチップは、人体における腫瘍の成長と転移の生理学的プロセスをシミュレートし、患者の腫瘍細胞の浸潤と成長能力を効果的に評価することができ、腫瘍転移の研究とそれに応じた腫瘍治療および薬物研究のための重要なツールを提供します。この研究の第一著者と第一責任著者はともに中南大学の出身であると報告されている。修士課程の陳麦科21と博士課程のシャン・ハン20がこの論文の共同筆頭著者であり、中南大学湘雅病院皮膚科の陳翔教授と趙爽准研究員、中南大学機械電気工学学院の陳澤宇教授、重慶大学三峡病院の尹明珠教授がこの論文の共同責任著者である。

まず、著者らは腫瘍の不均一性と腫瘍転移の過程の原理を説明し、細胞移動能力を評価する従来の方法に基づいて、腫瘍転移を正確に評価するためのトランスウェル統合腫瘍オルガノイドチップ戦略を提案した。

図1 腫瘍転移の評価と薬物スクリーニングのためのトランスウェル統合腫瘍オルガノイドチップ次に、著者らは高精度3Dプリント技術（Morfan Precision nanoArch® S140、精度：10μm）を使用してチップチャンバーの六角形の足場を作り、レーザー切断技術を使用してチップ本体を製造し、最終的にトランスウェルユニットを統合したバイオニック腫瘍オルガノイドチップに組み立てました。

図 2 生体模倣腫瘍オルガノイドチップの作製著者らはさらに、腫瘍オルガノイドチップを使用して、患者由来の粘膜黒色腫オルガノイドと末端黒色腫オルガノイドの腫瘍転移能力を評価しました。オルガノイドチップ内に栄養勾配を確立し、外側チャンバーの栄養濃度が中央チャンバーの栄養濃度よりも高くなるようにすることで、中央チャンバー内の腫瘍オルガノイドは徐々に外側チャンバーに移行します。 2 つの黒色腫オルガノイドは異なる腫瘍転移能力を示すことが観察されました。

図 3 腫瘍オルガノイドチップは腫瘍の転移を評価します。次に、著者らは、転移細胞クラスターと中央チャンバーに転移しなかった腫瘍オルガノイドクラスターの違いをタンパク質レベルと遺伝子レベルで研究しました。結果は、移植された細胞クラスターにおける転移関連タンパク質および遺伝子の発現が、非転移性オルガノイドクラスターにおける発現よりも有意に高いことを示しました。これは、腫瘍オルガノイドチップが腫瘍転移を評価する能力を効果的に実証しています。

図 4 腫瘍オルガノイドの一貫性評価とフローサイトメトリー分析図 5 腫瘍転移とタンパク質の比較図 6 腫瘍転移と遺伝子の比較最後に、著者らはオルガノイドチップを使用して薬物スクリーニングテストを実行しました。異なる濃度の抗腫瘍薬をオルガノイドチップに添加することで、腫瘍オルガノイドの転移能が異なることがわかりました。薬物濃度が増加するにつれて、腫瘍の転移は著しく阻害されました。

図 7 腫瘍オルガノイドチップの薬物スクリーニング細胞移動能力を評価する他の方法と比較して、腫瘍転移を評価するために本研究で提供される腫瘍オルガノイドチップは、バイオニックトランスウェルチャンバーを統合しており、腫瘍転移のプロセスを効率的にシミュレートできます。さらに、腫瘍転移を評価するために設計された腫瘍オルガノイドチップは、患者由来の腫瘍オルガノイドを使用して腫瘍転移を評価し、人体における腫瘍の成長と転移の生理学的プロセスを真に反映することができます。この研究は、がん患者の個別診断や治療、精密医療などの臨床研究への応用が期待されています。

オリジナルリンク:
https://doi.org/10.1002/smll.202308525

出典: MF Precision

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