Ein neuartiges Bioprinting-Tumormodell für Brustkrebs zur Analyse der Kommunikation von Tumorzellen mit Immunzellen

Brustkrebs hat weltweit als häufigste maligne Erkrankung der Frau eine große gesundheitliche Bedeutung. Inflammationsprozesse und die individuelle Zusammensetzung und Funktion der extrazellulären Matrix (EZM) zeigen einen mechanischen sowie klinischen Einfluss auf die Tumorprogression. 3D Bioprinting-Modelle haben das Potential, die komplexen Interaktionen, die in einem Tumor in vivo zu finden sind, realistischer darzustellen als bisherige Modelle. Das Ziel dieser Studie war die Entwicklung eines solchen innovativen Modells für Brustkrebszellen, das die Erforschung der Interaktionen von Leukozyten innerhalb einer komplexen, die Tumormikroumgebung nachahmenden EZM-Struktur erlaubt.

Die Brustkrebszelllinien MCF-7 und MDA-MB-231 wurden mit CellTracker Red markiert und dann mit Kollagen 1 oder Hyaluronsäure (als strukturelles Gerüst) oder Polysaccharidkomponenten (gerüstloser Ansatz) als Bioink gemischt. Die 3D gedruckten Gewebe wurden mithilfe des BIO X Bioprinters gedruckt. Die Morphologie und Viabilität der Zellen innerhalb des Tumors wurden unter einem konfokalen Mikroskop untersucht. Die 3D gedruckten Tumore wurden mit Monozyten und T-Zellen co-kultiviert und mittels qPCR und Durchflusszytometrie auf die Expression von Polarisierungsmerkmalen untersucht.

Bei beiden Krebszelllinien konnten wir mit allen verwendeten Bioinks beobachten, dass die Zellen umgeben von Stroma innerhalb der Struktur verbleiben. Beide verwendeten Brustkrebszelllinien haben bereits nach 4 Tagen ihre eigene EZM ausgebildet und bei den MDA-MB-231 Zellen konnte eine Migrationsfähigkeit beobachtet werden. Nach der Co-Kultivierung mit den gedruckten Tumoren konnte eine Hochregulierung von M1-Markern bei den Monozyten und von Th1-Markern bei den T-Zellen beobachtet werden.

Diese Arbeit zeigt, dass 3D-gedruckte Zellen Aspekte von in vivo Tumorgeweben aufweisen und ein manipulierbares System zur Untersuchung multipler tumorfördender Aspekte im Kontext verschiedenartiger Tumormikroumgebungen darstellt.

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Article published online:
21 June 2022