MENU

Rakovinové modely in vitro

medicc
Pojem ,,in vitro” sa prekladá ako “mimo tela“ alebo v skúmavke. In vitro modely, používané za účelom testovania cytotoxických účinkov potenciálnych rakovinových látok, predstavovali niekoľko desiatok rokov základný primárny skríning, ktorého cieľom bolo identifikovať látky vhodné na in vivo štúdie.    

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.

dna-69479

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.

hand-898232

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

  • Zdroj informácií: BHANUSHALI, M. et al.: An in- vitro toxicity testing – a reliable alternative to toxicity testing by reduction, replacent and refinement of animals. In International Journal of Advances in Pharmaceutical Science (2010), 1: 15-31. BIOMATRIX, 3D: White paper - 5 Reasons Cancer Researchers Adopt 3D Cell Culture: A Review of Recent Literature (2013), Dostupné na: BISSELL, M.J., HINES, W.C.: Why don't we get more cancer? A proposed role of the microenvironment in restraining cancer progression. In Nat Med (2011), 17(3): 320–9. DELNERO, P. et al.: Microengineered tumor models: insights & opportunities from a physical sciences-oncology perspective. In Biomed Microdevices (2013), 15(4): 583–93. CHUNG, S.W. et al.: A control engineering approach to understanding the TGF-beta paradox in cancer. In J R Soc Interface (2012), 9:1389–97. DERDA, R. et al.: Multizone Paper Platform for 3D Cell Cultures. In PLoS One (2011), 6(5):e18940. HANNAH, D., WEINBERG, R.A.: Hallmarks of cancer: the next generation. In Cell 11 (2011);144: 646–74. JAIN, R.K.: Transport of molecules, particles, and cells in solid tumors. In Annu Rev Biomed Eng (1999), 1:241–63. JOYCE, J.A., POLLARD, J.W.: Microenvironmental regulation of metastasis. In Nat Rev Cancer (2009), 9(4): 239–52. KIM, J.B.: Three-dimensional tissue culture models in cancer biology. In Semin Cancer Biol (2005), 15:365–77. KRAMÁROVÁ, J.: In Vivo rakovinové modely v rakovinovom výskume. (2016), Košice, 40 s. PAGE, H. et al.: Three-dimensional tissue cultures: current trends and beyond. In Cell Tissue Res (2013), 352(1): 123-31.
Rakovinové modely in vitro - 5.0 out of 5 based on 2 reviews
Páči sa?
Pridať komentár

Potrebujeme aj Vašu pomoc!

Ako aj Vy môžete pomocť ľuďom okolo seba?

Prispejte svojim článkom

Náš potrál je otvorený pre všetkých, ktorí sa chcú podeliť o svoje skúsenosti a životné príbehy.

Možno práve Vaša skúsenosť zlepší životy iných ľudí. Pridajte sa k nám.

Hľadáme odborné kapacity

Ak ste odborníkom na tému rakovina, vieme Vám poskytnúť priestor na našom portály.

Sme otvorený rôznym druhom spolupráce. Prosíme, kontaktujte nás.

Partneri

 

medicc logo

Upozornenie: V texte sa môžu vyskytovať chyby. Akékoľvek rozhodnutia týkajúce sa Vášho zdravia o ktorých ste sa dočítali na tejto stránke, konzultujte najprv so svojím lekárom.