Rakovinové modely in vitro

V testoch in vitro sa teda pracuje len s časťami organizmu, ktoré predstavujú buď samotné bunky alebo tkanivá, zložené z rôznych typov buniek. Bunky pre in vitro testovanie sú živé, respektíve ich musíme získať zásahom do živého organizmu. In vitro modely sú v porovnaní s modelmi in vivo, veľmi výhodné z niekoľkých hľadísk: z hľadiska času, financií, či jednoduchšieho a rýchlejšieho prevedenia. Vývoj vhodných in vitro modelov má za následok hlavne zníženie počtu experimentálnych zvierat, ktoré sú požadované pri vývoji liečiv.

Genetické zmeny rakovinových buniek 

V porovnaní s normálnymi bunkami, nádorové bunky prešli celým radom genetických a epigenetických zmien, často sú tieto zmeny príčinou indukcie/progresie rakoviny či liekovej rezistencie. Kým bunky normálneho tkaniva sú umiestnené vo vymedzenom priestore a udržujú si svoj stabilný počet, rakovinové bunky dokážu prekonať priestorové prekážky prostredníctvom mutácií v onkogénoch a supresorových génoch. Dôsledkom toho si môžu bunky v nádorovom tkanive zachovať schopnosť neobmedzenej proliferácie, vyhnúť sa pôsobeniu supresorov, odolávajú bunkovej smrti, indukujú angiogenézu, ako aj schopnosť šíriť sa do vzdialenejších miest v rámci organizmu prostredníctvom metastáz.

Pri vývoji rakoviny si malígne bunky nepretržite udržiavajú vzájomné interakcie s okolitými bunkami a extracelulárnou matrix (ECM). Stromálna ECM sa skladá z kolagénu, glykosaminoglykánov, proteoglykánov a molekúl, ktoré sa na nich viažu. Komplexné mikroprostredie nádoru je tvorené početnými stromálnymi a endoteliálnymi bunkami, fibroblastami, ako aj infiltrovanými bunkami imunitného systému  . Interakcie nádoru s bunkami mikrosprostredia sa vyvíjajú spolu s progresiou ochorenia, pričom na samom začiatku vykazuje mikroprostredie zväčša inhibičné účinky na proliferáciu nádorových buniek . Postupne s progresiou ochorenia si rakovinové bunky modifikujú svoje mikroprostredie a využívajú ho na uľahčenie svojho rastu, stimulácie procesu angiogenézy, či invázie do vzdialenejších tkanív.

In vitro modely pre rakovinový výskum sa delia na 2 veľké skupiny:

• modely 2D (dvoj-dimenzionálne), ktoré zahŕňajú klasické statické kultivovanie rakovinových buniek v Petriho miskách /kultivačných nádobách.
• modely 3D (troj-dimenzionálne) - ide o alternatívne modely, ktoré predstavujú bunkové sféroidy. Tieto modely predstavujú nový trend v in vitro rakovinovom testovaní.

Modely 2D

Najjednoduchšie rakovinové modely predstavujú bunkové línie odvodené od ľudských a zvieracích nádorov, kultivované ako ploché monovrstvy ponorené do kultivačného média. Rakovinové bunky sú adherované na plastovom alebo sklenenom substráte v jednej vrstve, pričom s ostatnými bunkami sú v kontakte iba po ich obvode. V takomto modelovom usporiadaní však chýba kyslíkový gradient, či gradient jednotlivých živín resp. odpadových produktov.

Tento model teda predstavuje nefyziologicky uniformné nádorové prostredie. V minulosti 2D modely spolu s orgánovými kultúrami patrili medzi najobľúbenejšie in vitro modely používané na výskum rôznych typov rakovín vrátane rakoviny prsníka. Modely jednovrstvovej kultúry sa dajú pomerne ľahko vytvoriť a vyznačujú sa dobrou viabilitou.

Aby mohli 2D bunkové kultúry prežiť in vitro, a v ideálnom prípade sa aj začať deliť, je dôležité zabezpečiť presne stanovené experimentálne podmienky, ako je napr. zloženie kultivačného média, povrch kultivačnej nádoby, správnu vlhkosť, teplotu a zloženie atmosféry. Zvyčajne 2D modely majú jednoduché použitie, avšak absencia tretieho rozmeru môže spôsobiť viaceré nejasnosti v experimentálnom pozorovaní a generovať zavádzajúce a protikladné výsledky. Hlavným negatívom 2D kultúr je neprítomnosť väzivového tkaniva. Väzivové tkanivo napr. mliečnej žľazy tvorí viac ako 80% objemu prsníka. Okrem toho nie všetky normálne epitelové bunky sú schopné adherovať a dobre rásť na umelom substráte.

Modely 3D

Pridanie tretej dimenzie do životného prostredia buniek spôsobilo výrazne rozdiely v ich génovej expresii, diferenciácii a proliferácii, avšak tieto zmeny sa vo veľkej miere približovali reálnym podmienkam v živom organizme.  Modely v 3D usporiadaní kladú dôraz na bunkové interakcie a štruktúru tkaniva, čo vedie ku kvalitnejším a presnejším výskumným záverom. Bunky, prítomné v tkanivách sú fyziologicky odlišné, pretože sú vystavené rozdielnym koncentráciam kyslíka, živín, signálnych molekúl ako aj ďalších faktorov (teplota, mechanický stres, atď.). Bunková 3D kultúra predstavuje komplexnú štruktúru pozostávajúcu z rakovinových buniek kultivovaných v prostredí, ktoré imituje ECM za prítomnosti intersticiálnej tekutiny.