معلومة

ما هي الأجسام الشبه الكروية متعددة الخلايا؟

ما هي الأجسام الشبه الكروية متعددة الخلايا؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أنا من خلفية في الرياضيات وأقوم ببعض الأبحاث حول النماذج الرياضية للسرطان. لقد صادفت الكثير من الأدبيات التي تذكر "الأجسام الشبه الكروية متعددة الخلايا" في سياق الأورام اللاوعائية. أعلم أن عدم الأوعية الدموية يعني نقصًا في الأوعية الدموية ولكني أجد صعوبة في العثور على تفسير للأجسام الشبه الكروية متعددة الخلايا. هل هذه نوع من النماذج / التقريب لأنواع معينة من الأورام ، أم أنها في الواقع ظاهرة حقيقية في حد ذاتها؟ سيكون من الرائع لو استطاع أحد أن يملأني بما هي عليه في الواقع الأجسام الشبه الكروية متعددة الخلايا!


زراعة الخلايا الكلاسيكية هي طبقة أحادية من الخلايا على سطح طبق زراعة الخلية. تختلف هذه الثقافات بشدة عن البيئة المكروية التي توجد بها الخلايا في الأورام ، حيث تتفاعل الخلايا فقط مع جيرانها المباشرين ، ولكن بخلاف ذلك يكون لديها الإمداد الأمثل نسبيًا بالمغذيات والأكسجين.

في ورم الليج الحقيقي ، تنمو كتلة الخلية بشكل غير منضبط في جميع الأبعاد الثلاثة للحيز ، مما ينتج عنه "عقدة" نموذجية من الأورام. طالما لا يتم توفيرها عن طريق الأوعية الدموية (بمعنى أنها تكون وعائية) ، فإن الإمداد بالأكسجين والعناصر الغذائية وعوامل النمو والهرمونات يختلف كثيرًا بين الخلايا الموجودة في الطبقات الخارجية للورم والخلية في الداخل. هذا يسبب مستويات مختلفة من الإجهاد وكذلك ردود الفعل الفسيولوجية للخلايا. يبدو هذا في الشكل أدناه (من هنا):

لتشبه هذه البيئات الصغيرة للبحث (وتختلف ثقافة الخلايا ثنائية وثلاثية الأبعاد اختلافًا كبيرًا في النتائج) يحاول الناس محاكاة هذه البيئات. يتم تحقيق ذلك من الناحية الفنية عن طريق دمج كميات صغيرة من الخلايا (عادة بضع مئات) في مصفوفة هلامية (على سبيل المثال ماتريجيل أو كولاجين) والتي تصبح صلبة وتترك الخلايا تنمو في قطرات صغيرة. إذا كانت الظروف مناسبة ، ستتطور الخلايا إلى هذه الأجسام الشبه الكروية متعددة الخلايا.

يمكنك حتى مزج أنواع مختلفة من الخلايا (على سبيل المثال خلايا الكركم والخلايا التي عادة ما تكون موجودة في الأنسجة حيث ينمو الورم) للحصول على محاكاة أفضل. انظر المراجع لمزيد من التفاصيل.

مراجع:

  1. مزارع الخلايا ثلاثية الأبعاد: من الآليات الجزيئية إلى التطبيقات السريرية.
  2. التطورات الحديثة في الثقافة الكروية ثلاثية الأبعاد للأبحاث الطبية الحيوية.
  3. نماذج السرطان الكروية في بيولوجيا الورم.
  4. تطوير تقنية ثلاثية الأبعاد في المختبر للتطبيقات الطبية.

إنها مزارع خلوية ثلاثية الأبعاد وفقًا لـ H Ma et al. 2012.

الأجسام الشبه الكروية الورمية متعددة الخلايا هي أحد نماذج الثقافة ثلاثية الأبعاد الكلاسيكية التي يمكن تطبيقها لتطوير الأدوية والعلاجات المضادة للسرطان. من خلال محاكاة الشبكة ثلاثية الأبعاد للمصفوفة الخلوية وتفاعلات الخلية الخلوية ، تشبه الأجسام الشبه الكروية للورم العديد من جوانب البيئة الفيزيولوجية المرضية داخل نسيج الورم البشري.

عادة ما تكون مزارع الخلايا الكلاسيكية أحادية الطبقة. تم التغلب على العديد من الاختلافات بين هذه الثقافات وأنسجة الحياة الحقيقية بواسطة الثقافات ثلاثية الأبعاد وفقًا لـ Carver et al. 2014.

تم استخدام نموذج الورم الكروي متعدد الخلايا (MCTS) ، وهو نموذج ثلاثي الأبعاد يشبه إلى حد كبير الأورام اللاوعائية الصغيرة والأورام الدقيقة ، كوسيط بين الثقافة أحادية الطبقة والدراسات في الجسم الحي لفحص الأدوية ذات الجزيئات الصغيرة.

فهل هو كيان "حقيقي" أم أنه شيء تم إنشاؤه بواسطة الكمبيوتر؟ إنها الحياة الحقيقية. لنفكر في العضو. يتكون من نسيج (أنسجة) معينة وسدى يحتوي على مكونات وعائية وعصبية ومكونات أخرى توفر العناصر الغذائية وتحد من أنسجة العضو المحددة. يتطور هذا الهيكل في الجسم الحي ثلاثي الأبعاد. ستتبع الأوعية الدموية نمو الأنسجة في بنية ثلاثية الأبعاد تشبه الأشجار من أجل الوصول إلى جميع الخلايا. ولكن ماذا تفعل مع مزارع الخلايا المختبرية؟ لا توجد أوعية دموية هناك. كيف تزود جميع الخلايا بالمغذيات؟ هذا هو السبب في أن معظم مزارع الخلايا المختبرية يتم تطويرها في بنية أحادية الطبقة. ومع ذلك ، فإن الخلايا هي هياكل ثلاثية الأبعاد. يتم ربطهم معًا في نسيج عن طريق التقاطعات بين الخلايا. أحادي الطبقة يحد هذا الانضمام إلى مستوى واحد. علاوة على ذلك ، عندما يتعلق الأمر بالخلايا السرطانية التي لها خصائص محددة (تفقد الوصلات وتبدأ في التحرك) ، يصبح نموذج الطبقة الأحادية محدودًا. هذه هي الطريقة التي أصبحت بها الأجسام الشبه الكروية نموذجًا أفضل للدراسة في العمليات في الجسم الحي باستخدام مزارع الخلايا المختبرية.


الأجسام الشبه الكروية: الخصائص وتحليل الصور وطرق الثقافة

لعقود من الزمان ، تم استخدام الخلايا المعزولة المزروعة في طبقات أحادية ثنائية الأبعاد على البلاستيك أو الزجاج لدراسة مجموعة من العمليات البيولوجية. في حين أن ظروف الاستنبات هذه يسهل التحكم فيها وتؤدي إلى مجموعة متنوعة من التقنيات التحليلية ، إلا أنها لا تمثل البيئة ثلاثية الأبعاد المعقدة التي تتعرض لها الخلايا بالفعل. في الجسم الحي.

تم تطوير عدد من طرق زراعة الخلايا ثلاثية الأبعاد التي تلخص بشكل أكثر دقة البيئات الأصلية للخلايا 1. أثناء التطور الجنيني ، تتجمع الخلايا وتتجمع ذاتيًا في هياكل معقدة متعددة الخلايا 2.

يمكن أن تحدث نفس عملية التجميع بالمثل في في المختبر أنظمة الاستزراع إذا كان تماسك الخلية الخلوية مفضلًا على ارتباط الخلية بالركيزة 2. تُعرف مجاميع الخلايا الناتجة باسم الأجسام الشبه الكروية 2.

الأجسام الشبه الكروية عبارة عن مجموعات كثيفة ثلاثية الأبعاد من الخلايا التي تظهر التصاقًا واسعًا للخلية الخلوية ، وتحتفظ عادةً بمصفوفتها الداخلية خارج الخلية ، ولها خصائص تحاكي عن كثب في الجسم الحي نظرائهم الأنسجة. على الرغم من أن العلماء كانوا يزرعون تجمعات الخلايا منذ عقود 3,4، لم يتم استخدام كلمة "كروي" لأول مرة حتى عام 1971 5. تم نشر ثقافة الخلايا ثلاثية الأبعاد بشكل أكبر من خلال عمل مينا بيسيل في الثمانينيات 6.

منذ ذلك الحين ، أصبحت الأجسام الشبه الكروية نموذجًا مثيرًا لاستزراع الخلايا ، حيث إنها تقلد بشكل أفضل في الجسم الحي خصائص الأنسجة وتظهر قدرة فائقة على التمايز مقارنة بأنظمة الثقافة ثنائية الأبعاد 1. هذه الخصائص تجعلها مناسبة تمامًا للاستخدام في تطوير الأدوية و دراسات هندسة الأنسجة، وكذلك لدراسة المبادئ البيولوجية الأساسية.

  1. خصائص الأجسام الشبه الكروية
  2. الفحص المجهري الخالي من الملصقات لتقييم الخصائص الكروية
  3. تقييم الجودة الكروية
  4. طرق الزراعة
    1. قطرة معلقة
    2. تراكب سائل
    3. ثقافة بيليه
    4. ثقافة سبينر
    5. المواد الحيوية
    6. شروط الثقافة
    7. الأجسام الشبه الكروية للورم: بروتوكول مثال
    1. الأجسام الشبه الكروية الورم
    2. هندسة الأنسجة وإصلاحها
    3. بحوث الأحياء الأساسية

    تم اقتراح نموذج رياضي لشرح الاستيعاب الملحوظ للكريات المجهرية والخلايا المسمى 3H-thymidine في الأجسام الشبه الكروية المستقرة متعددة الخلايا. يستخدم النموذج الأفكار التقليدية لنشر المغذيات واستهلاك الخلايا. بالإضافة إلى ذلك ، يتم النظر في نموذج بسيط للغاية لتقدم الخلايا خلال دورة الخلية. تنقسم الخلايا إلى فئتين ، تلك التي تتكاثر (في مراحل G1 أو S أو G2 أو M) وتلك التي تكون هادئة (في G0). علاوة على ذلك ، من المفترض أن يكون للفئتين استجابات كيميائية مختلفة لتدرج المغذيات. يراعي النموذج الاختلافات المكانية والزمانية في فئات الخلايا مع الانقسام ، والتحويل بين الفئات وموت الخلايا. توضح الحلول العددية أن النموذج يتنبأ بسلوك مشابه للنماذج الحالية ولكن له بعض التأثيرات الجديدة. يسمح للأجسام الشبه الكروية بالاقتراب من حجم الحالة المستقرة بطريقة غير رتيبة ، وتتوقع الفرز الذاتي لفئات الخلايا لإنتاج طبقة رقيقة من الخلايا سريعة الانتشار بالقرب من السطح الخارجي وأعداد كبيرة من الخلايا داخل الكرة الكروية المتوقفة في دولة منتشرة. يتنبأ النموذج بأن النمو الكلي للورم لا يتم تحديده فقط من خلال معدلات الانتشار ولكن أيضًا من خلال قدرة الخلايا على التحويل بسهولة بين الفئات. علاوة على ذلك ، تشير بنية الحالة المستقرة للكرة الكروية إلى أنه إذا تمت إزالة الطبقات الخارجية ، فإن الورم ينمو بسرعة عن طريق تجنيد الخلايا المتوقفة في حالة التكاثر. تُطرح أسئلة حول الاستجابة الكيميائية للخلايا في مراحل مختلفة واعتماد معدلات دورة الخلية على مستويات المغذيات.

    أهمية الاقتباس يتم الحصول عليها شهريًا من سكوبس و Web of Science® قواعد بيانات الاقتباس.

    تحتوي قواعد البيانات هذه على اقتباسات من مجموعات فرعية مختلفة من المنشورات المتاحة وفترات زمنية مختلفة ، وبالتالي فإن عدد الاقتباسات من كل منها يختلف عادةً. بعض الأعمال ليست في أي من قاعدة البيانات ولا يتم عرض أي عدد. يتضمن Scopus اقتباسات من المقالات المنشورة في عام 1996 وما بعده ، و Web of Science® بشكل عام من عام 1980 فصاعدًا.

    تحسب الاقتباسات من Google Scholar ™ يمكن عرض خدمة الفهرسة على بحث Google Scholar ™ المرتبط.


    التحليل الميكانيكي النانوي المعتمد على العمق للمصفوفة خارج الخلية في الأجسام الشبه الكروية متعددة الخلايا

    أحدثت تقنية النانو ثورة في مجال بيولوجيا السرطان وفتحت طرقًا جديدة لفهم الاختلافات الميكانيكية النانوية في الأورام سريعة النمو. على مدى العقد الماضي ، لعب مجهر القوة الذرية (AFM) دورًا مهمًا في فهم الخصائص الميكانيكية النانوية لخطوط الخلايا السرطانية المختلفة. تركز هذه الدراسة على أورام خلية سرطان الرئة (LLC) في لويس باعتبارها كروية ثلاثية الخلايا متعددة الخلايا (MCS). مكنت هذه الهياكل متعددة الخلايا من التحقيق في مكونات مختلفة من الأورام في المختبر. لفهم الخصائص الميكانيكية للخلايا والمصفوفة خارج الخلية المحيطة بها (ECM) بشكل أفضل ، تم إجراء تحديد المسافة البادئة المعتمدة على العمق (DDIP) باستخدام مجهر القوة الذرية (AFM). تم استخدام منحنيات القوة مقابل المسافة البادئة القائمة على القوة لإنشاء ملفات تعريف صلابة على أعماق مختلفة. كشفت تحقيقات AFM لعينة MCS-1 و amp MCS-2 عن ثلاثة طوبوغرافيات ميكانيكية نانوية ، وألياف إجهاد من النوع A-Collagen ، وصلابة عالية من النوع B في غشاء الخلية - واجهة ECM والنوع C - تحديد الخلية الموجودة بعمق داخل المصفوفة على عمق 1.44 ميكرون. تعمل الصلابة العالية لكل من ميزات النوع A والنوع B في ECM كعامل تحكم في توصيل العلاجات من منطقة الانتشار إلى المنطقة الهادئة في MCS. يمكن للتغايرات الميكانيكية النانوية المختلفة التي تم الكشف عنها في هذا التحقيق أن تلقي ضوءًا جديدًا في تطوير نظام جرعات صحيح مختلف الأدوية المذيبة للورم وتصميم أنظمة مصفوفة صناعية خارج الخلية أكثر تحكمًا لتكرار نمو الأنسجة في المختبر.

    تهدف معظم الأدوية المذيبة للورم إلى اختراق الطبقة الخارجية الأكثر تكاثرًا في جسم كروي متعدد الخلايا. كشف التحقيق الميكانيكي النانوي باستخدام مجهر القوة الذرية عن تفاصيل جديدة فيما يتعلق بالعديد من التغايرات الميكانيكية النانوية عندما يتم تضمين الخلايا في مصفوفة خارج الخلية في الثقافة الكروية متعددة الخلايا. يلقي هذا البحث نظرة ثاقبة جديدة على ميكانيكا نمو الأورام في البيئة داخل الجسم وداخل المختبر.


    أدوات

    النماذج الرياضية لنمو الورم اللاوعائي

    . [25 ، 29 ، 44 ، 49 ، 50 ، 58 ، 59 ، 66 ، 72]. أدرجت النماذج اللاحقة درجات متفاوتة من التعقيد لحركة الخلية. على سبيل المثال ، يمكن اعتبار الخلايا تتحرك إما بطريقة الحمل الحراري = - = [37 ، 45 ، 62 ، 67 ، 79] - = - أو بطريقة نشطة منتشرة [65 ، 71 ، 75 ، 77 ، 80] ، أو بطريقة انتشارية / كيميائية [56 ، 62 ، 65]. تعتبر معظم النماذج أن تكاثر الخلايا السرطانية والموت يعتمدان على عام واحد فقط.

    تسلسل هرمي لنماذج السرطان وتحدياتها الرياضية

    . الاتجاه الطبيعي الخارجي. إذا كتبنا ∂Ω (t) محليًا بالشكل ، فإن (2.15) يأخذ الشكل Φ (x، t) = 0 حيث ∇xΦ (x، t) = 0، (2.16) ∂σ ∂n = Φt | ∇xΦ | . النموذج (2.9) - (2.15) مبني على Pettet et al = - = [27] - = - انظر أيضًا §3. مشكلة (M3). بالنظر إلى المجال الأولي Ω (0) والبيانات الأولية p0 (x) ، q0 (x) في Ω (0) مثل أن p0 (x) 0 ، q0 (x) 0 ، p0 (x) + q0 (x) ≤ 1 ، ابحث عن عائلة من المجالات Ω (t) والوظائف p (x ، t) ، q (x.

    مشكلة الحدود الحرة الزائدية لنمذجة نمو الورم

    نموذج متعدد المقاييس لنمو الورم

    . تحت توزيع المغذيات وقد اقترح [41]. في منطقة معينة من نمو الورم ، تم اقتراح نموذج يجمع بين التقدم خلال دورة الخلية وهجرة الخلية مؤخرًا في = - = [53] - = -. هذه المقالة منظمة على النحو التالي. في القسم 2 ، نقدم وصفًا عامًا للنموذج ، مع التركيز على هيكله العام وشرح كيفية العناصر المختلفة (المقابلة لـ diff.

    الاستقرار المقارب للحل الثابت لمشكلة الحدود الحرة الزائدية نمذجة نمو الورم

    الحد الأدنى ، نموذج الانتقال الطوري لصيانة رقم الخلية بواسطة التنسج الداخلي الممتد

    . 1952 ، 1992 ، وكذلك Levin and Segel ، 1985 لإجراء مسح). وفقًا للوصفة المذكورة أعلاه ، يأخذ المرء في الاعتبار مصطلح الانتشار المقابل (راجع ، Burton ، 1966 De Angelis and Preziosi ، 2000 = - = Pettet et al. ، 2001 - = - Akabani et al. ، 2002 Ferreira et al. ، 2002 Kar et al.، 2002 Jiang et al.، 2002). هذا يمتد إلى ODE (7.29) إلى معادلة الانتشار والتفاعل التالية (RDE) ، (10.1) حيث توجد معلمة الانتشار.

    النمذجة الرياضية لدور الانحدار العظمي في نمو الورم وغزوه

    . بوا. عرضت المجهرية الخاملة الداخلية فقط. كان هذا العمل التجريبي هو الذي دفع الأعمال الرياضية لماكلوين وبيتيت [82] ، وتومسون وبيرن [137] وبيتيت وآخرون. = - = [113] - = - للتحقيق في التفسيرات المحتملة للخلايا المتبقية في محيط الأجسام الشبه الكروية. في حين أن هذه التحقيقات تعتبر الانجذاب الكيميائي والاختلاف في حركية الخلية الموسومة وغير الموسومة أمرًا ممكنًا.

    Radunskaya ، "نمذجة الورم المناعي المكاني

    . نماذج بيرتون [11] وجرينسبان [31] وقد نمت لتصبح مجالًا واسعًا من الأدبيات مع الدراسات المقدمة باستخدام المعادلات التفاضلية الجزئية والعادية (PDEs و ODEs) (انظر على سبيل المثال = - = [12،13،41،46، 54] - = -) ، الأوتوماتا الخلوية (CA) (انظر على سبيل المثال [2،7،26،36،43،49]) والعديد من الدراسات الإحصائية. مراجعة ممتازة للنماذج الرياضية لنمو الورم وبعض الأدباء المرتبطين بها.

    قوانين الحفظ في علم الأحياء الرياضي

    . الأورام. نفترض أن الورم يشمل ثلاثة أنواع من الخلايا: الخلايا المتكاثرة بكثافة (الكتلة) p (x ، t) ، والخلايا الهادئة ذات الكثافة q (x ، t) ، والخلايا الميتة ذات الكثافة n (x ، t). بعد = - = [36] - = - ، نفترض أن الخلايا الهادئة تتكاثر بمعدل KP (c) الذي يعتمد على تركيز العناصر الغذائية c ، وتصبح نخرية عند معدل الوفاة KD (c). نحن نفترض أيضًا أن البرولايفيراتين.

    مكاني

    . نماذج بيرتون [11] وجرينسبان [31] وقد نمت لتصبح مجالًا واسعًا من الأدبيات مع الدراسات المقدمة باستخدام المعادلات التفاضلية الجزئية والعادية (PDEs و ODEs) (انظر على سبيل المثال = - = [12،13،41،46، 54] - = -) ، الأوتوماتا الخلوية (CA) (انظر على سبيل المثال [2،7،26،36،43،49]) والعديد من الدراسات الإحصائية. مراجعة ممتازة للنماذج الرياضية لنمو الورم وبعض الأدباء المرتبطين بها.


    الملخص

    توفر الأجسام الشبه الكروية ثلاثية الأبعاد متعددة الخلايا (MCTS) نموذجًا تجريبيًا حيث يمكن تحديد تأثير الظروف البيئية المكروية على تعبير البروتين. أتاح هضم التربسين المتسلسل لسرطان القولون HT29 MCTS الفصل في أربع مجموعات تتكون من خلايا متكاثرة من السطح (SL) ، ومنطقة وسيطة (IR) ، وخلايا ناقصة التأكسج غير متكاثرة من منطقة ما حول النخر (PN) ، ونواة نخرية (NC). تم استخراج البروتين الكلي من كل مجموعة وخضعوا لتحليل البروتينات الكمية على أساس iTRAQ. من إجمالي 887 بروتينًا تم تحديده ، لوحظ أن 209 تم تنظيمها بشكل أعلى وتم تنظيم 114 بروتينًا في مناطق PN و NC بالنسبة إلى SL. من بين البروتينات التي تم تنظيمها ، زادت مكونات تحلل السكر ، ودورة TCA ، واستقلاب الدهون ، والتخليق الحيوي للستيرويد تدريجياً نحو مناطق PN و NC. أكدت فحوصات النشاف الغربي والكيمياء المناعية والإنزيمات حدوث تغييرات مهمة في التعبير عن البروتينات المشاركة في التمثيل الغذائي الخلوي في الجزء غير المتكاثر من الخلايا داخل الحافة القابلة للحياة. كان وجود بروتينات وظيفية كاملة الطول داخل NC غير متوقع ، وأظهر التحليل الإضافي أن هذه المنطقة تحتوي على خلايا تخضع لعملية الالتهام الذاتي. حددت هذه الدراسة الأهداف المحتملة التي قد تكون مناسبة للتدخل العلاجي ، وهناك حاجة إلى مزيد من الدراسات للتحقق من صحة هذه.


    إجابة أخرى: تحليل متعدد الخلايا

    في حين أن التحليل أحادي الخلية يمكن أن يوفر رؤية غير مسبوقة لعلم الأدوية وعلم وظائف الأعضاء من خلية نادرة واحدة - غير مقنعة من خلال استجابات سكانية غير متجانسة - يجب عزل كل خلية في الفحص عن البيئة المكروية. ولذلك ، فإن العيب الكبير لهذا النهج هو أن علم الأدوية أحادي الخلية في المختبر قد يختلف عن ذلك الموجود في عدد أكبر من السكان ، لا سيما في بنية غير ثلاثية الأبعاد (3D) ، حيث يكون اتصال الخلية بالخلية أمرًا بالغ الأهمية. في المقابل ، توفر مجموعات الخلايا ثلاثية الأبعاد ، بما في ذلك الأجسام الشبه الكروية والعضوية ، سياقًا أكثر ارتباطًا من الناحية الفسيولوجية للفحص المركب. في الواقع ، تم اعتماد ثقافة الخلايا ثلاثية الأبعاد بسرعة في تحديد المركب والتحسين ، حيث إنها تشكل نموذجًا أفضل في فسيولوجيا الجسم البشري والفيزيولوجيا المرضية. يتم الآن استخدام العديد من التقنيات بشكل روتيني وتؤكد المراجعات الحديثة على استخدام الثقافات ثلاثية الأبعاد كنماذج ما قبل السريرية كممارسة شائعة في كل من اكتشاف الأدوية وأبحاث الأمراض الأساسية (7).

    لأخذ مثال حديث ، تم استخدام فحص عالي الإنتاجية (uHTS) باستخدام تنسيقات لوحة ميكروتيتر 1536 جيدًا لدراسة الأجسام الشبه الكروية الخلوية ضد المركبات التي تستهدف طفرة كيناز KRAS الحرجة المتضمنة في العديد من السرطانات (8). في السابق ، كان الاستهداف المباشر لطفرات RAS للمجموعة الورمية يمثل تحديًا بسبب بيولوجيا الإنزيم ومسارات التعقيد المعنية ، بما في ذلك المؤثرات النهائية والشبكات التنظيمية الأولية. على نفس القدر من الأهمية ، أدت العوامل المربكة المرتبطة بـ UHTS في ثقافات الخلايا أحادية الطبقة الملتصقة ثنائية الأبعاد إلى نتائج سلبية للمقايسة الكاذبة ، مع عدم اكتشاف العديد من المركبات النشطة. في المقابل ، سمحت uHTS باستخدام الثقافة الكروية ثلاثية الأبعاد بتحديد Proscillaridin A كمثبط انتقائي للخلايا التي تؤوي أليل KRasG12V المسرطنة. الأهم من ذلك ، لم يتم تحديد Proscillaridin A الذي تم تحديده بواسطة منصة الفحص ثلاثي الأبعاد بواسطة طرق الزراعة القياسية ثنائية الأبعاد.

    العضويات متعددة الخلايا عبارة عن مزارع نسيجية ثلاثية الأبعاد منظمة ذاتيًا غالبًا ما يتم اشتقاقها من الخلايا الجذعية البالغة أو الخلايا الجذعية المحفزة متعددة القدرات (iPSCs). يمكنهم تكرار درجة من تعقيد العضو إلى درجة أكبر مما نراه في الخلايا المفردة ، والثقافة ثنائية الأبعاد ، والثقافات ثلاثية الأبعاد البسيطة مثل الأجسام الشبه الكروية. علاوة على ذلك ، نظرًا لأنه يتم استزراع العضيات باستخدام خلايا من فرد معين ، يمكن استخدامها للتنبؤ باستجابة المريض الفردي لعقار معين أو جرعة محددة. فيما يتعلق بهذا ، يمكن نمذجة السرطانات والعديد من الأمراض الأخرى في الجسم الحي باستخدام عينات الخزعة واستخدامها لاحقًا للفحص المركب (الجدول 1).

    على سبيل المثال ، تقدم دراسة حديثة بيانات لأكثر من 80 مركبًا تم اختباره ، مسجلة أو قيد التقييم السريري ، تم فحصها ضد "بنك حيوي" عضوي لسرطان القولون وتوضح فائدة نهج الإنتاجية العالية (9).


    خلفية

    تتعرض خلايا الأورام التي تنمو بنشاط لظروف بيئية دقيقة متباينة بسبب الإمداد الوعائي غير المتجانس [1] ، مما يؤدي إلى تطور مناطق موضعية في الأورام ذات توتر أكسجين منخفض ، وتركيز منخفض للجلوكوز ، ودرجة حموضة خارج الخلية الحمضية بسبب تراكم الأيض. المنتجات الثانوية مثل حمض اللاكتيك. نتيجة لذلك ، تتعرض الخلايا في هذه المناطق لمستويات متفاوتة من نقص الأكسجة ونقص الأكسجين والحماض [2]. من وجهة نظر البيولوجيا الإشعاعية ، تشكل الخلايا ناقصة التأكسج أهم مجموعة سكانية فرعية خلوية لأنها أكثر مقاومة للإشعاع من الخلايا euoxic نتيجة لانخفاض توليد أنواع الأكسجين التفاعلية التي يسببها الإشعاع أو ROS [3 ، 4]. يزداد جزء الخلايا ناقص التأكسج بشكل كبير مع تقدم حجم الورم ودرجته مما يوفر مقاومة كبيرة للعلاج الإشعاعي. لاقت محسّسات الخلايا ناقصة التأكسج المستخدمة حاليًا (مركبات النيترومادازول) نجاحًا محدودًا بسبب عدم وجود تأثير تفاضلي إلى جانب السمية الجهازية. لذلك ، هناك حاجة لتطوير استراتيجيات فعالة لتعزيز الحساسية الإشعاعية لهذه الخلايا بشكل انتقائي ، الأمر الذي يتطلب توصيفًا مفصلاً لطبيعة واستجابات هذه الكسور الخلوية المقاومة. نظرًا لوجود الخلايا ناقصة التأكسج في الأورام ثلاثية الأبعاد التي تتصرف كنظم غير متجانسة توضح التغييرات في العديد من الخصائص الجينية والنمطية الحيوية التي تنظم العمليات البيولوجية المختلفة ، في المختبر يعد النموذج الخلوي الذي يحاكي هذه الحالات عن كثب ضروريًا لإجراء دراسات على الخلايا ناقصة التأكسج واستجابات الورم للعوامل العلاجية.

    تم استخدام الثقافات أحادية الطبقة لخطوط الخلايا الثابتة من الأورام البشرية على نطاق واسع لدراسة العمليات الجزيئية المختلفة بما في ذلك تحديد الآفات الجزيئية المحددة المتعلقة بخلل تكاثر الخلايا وموت الخلايا ، وهما هدفان وظيفيان مهمان لتطوير العلاجات. لسوء الحظ ، لا يمكن إجراء التحقيقات اللازمة لتطوير و / أو تقييم بعض الاستراتيجيات العلاجية مع هذا النظام المخبري الأكثر استخدامًا ، نظرًا للتعقيدات الناشئة عن التنظيم ثلاثي الأبعاد للأورام الصلبة (أي ، خلية / خلية) - لا يتم توفير تفاعلات المصفوفة والاختلافات في الأوعية الدموية وإمدادات المغذيات) التي تؤدي إلى تغيرات طفيفة في التعبير المظهري (خاصة التغيرات الأيضية) في الثقافات أحادية الطبقة المشتقة من الخلايا السرطانية. في المقابل ، توفر الأجسام الشبه الكروية متعددة الخلايا للخلايا السرطانية صورة ثلاثية الأبعاد ممتازة في المختبر نموذج يمكن فيه توليد ظروف نقص الأكسجين لتسهيل التحقيقات التفصيلية بما في ذلك الاستجابة لمختلف العوامل الكيميائية والإشعاع [5 ، 6].

    تتميز الأجسام الشبه الكروية بكثافة خلوية عالية وبنية شبيهة بالورم ثلاثي الأبعاد معبأة بشكل وثيق ، مما يؤدي إلى قيود انتشار شديدة للجزيئات الصغيرة مثل الجلوكوز والأكسجين ، وبالتالي إنشاء مجموعات فرعية من الخلايا غير المتجانسة من التكاثر النشط وكذلك الهدوء ، الخلايا ناقصة التأكسج والنخرية الموجودة في الأورام الصلبة [7]. تشير الأدلة المتوفرة إلى أن التركيز المنخفض للجلوكوز والأكسجين في المناطق الداخلية من الأجسام الشبه الكروية قد يساهم في تكوين مجموعات فرعية من الخلايا الهادئة ونقص التأكسج ونقص الأكسجين والنخرية [8-10]. يمكن أن يساعد توصيف طبيعة هذه المجموعات الفرعية من الخلايا بالإضافة إلى استجاباتها للإشعاع وعوامل التعديل الإشعاعي في تطوير استراتيجيات أكثر فعالية للتحسس الراديوي. على سبيل المثال ، من المعروف أن الخلايا ناقصة التأكسج تستمد جزءًا كبيرًا من طاقتها من مسارات التمثيل الغذائي اللاهوائية المعتمدة على الجلوكوز. لذلك ، يمكن لمثبطات تحلل السكر على وجه التحديد تعديل استجابات هذه المجموعة الفرعية المقاومة من الخلايا السرطانية. عدد من في المختبر أظهرت الدراسات بالفعل أن 2-DG ، وهو نظير للجلوكوز ومثبط لإنتاج ATP الحال للجلوكوز [11-13] ، يثبط بشكل انتقائي إصلاح الحمض النووي المعتمد على الطاقة وعمليات الاستعادة الخلوية في الخلايا السرطانية [14-16] مما يؤدي إلى موت الخلايا المحسن [11] ، 13 ، 17 ، 18]. يمكن أن تخدم الأجسام الشبه الكروية نموذجًا مفيدًا للغاية لفهم آليات الحساسية الإشعاعية التي يسببها مثبط حال السكر في الأورام الصلبة ، حيث تحاكي الأجسام الشبه الكروية الأورام الصلبة بشكل أكبر من الثقافة أحادية الطبقة.

    تم استخدام الأجسام الشبه الكروية في مجموعة واسعة من الدراسات في بيولوجيا السرطان واستخدمت على نطاق واسع في التحقيقات الإشعاعية البيولوجية [19] لأنها توفر فائدة في المختبر لتقليد مجموعة الخلايا ناقصة التأكسج المقاومة للإشعاع الموجودة عمومًا في الأورام. ومع ذلك ، لسوء الحظ ، تتوفر معلومات مفصلة حول التباين بين الخلايا في كتلة الميتوكوندريا والنشاط ومستويات ROS (الإجهاد التأكسدي المسؤول بشكل أساسي عن الضرر الناجم عن انخفاض إشعاع LET) كدالة لنمو كروي ومع الإشارة إلى معلمات أخرى مثل موت الخلية الحيوية وما إلى ذلك في الثقافة ناقص. تؤثر هذه المعلمات على النتائج النهائية لـ في المختبر تهدف الدراسات إلى فهم استجابة الورم لمختلف العوامل السامة للخلايا ومثبطات التمثيل الغذائي. لذلك ، أجريت الدراسة الحالية لتوصيف الأجسام الشبه الكروية التي تم إنشاؤها من خط خلية الورم الدبقي البشري BMG-1 [11 ، 20] فيما يتعلق بالتنظيم والنمو والبقاء وبقاء الخلية وموت الخلايا وحالة التمثيل الغذائي والميتوكوندريا والإجهاد التأكسدي والإشعاع الاستجابة مع تقدم العمر وحجم كروي باستخدام الفحص المجهري وقياس التدفق الخلوي والمقايسات الأنزيمية.

    تُظهر نتائج الدراسات الحالية تطور الخلايا السالبة S ، وانخفاض ROS الداخلي والناجم عن الإشعاع إلى جانب التغيرات في مستويات مضادات (Bcl2) وكذلك pro (Bax) المنظمين الأبوطوتيك التي لوحظت في الأجسام الشبه الكروية والتي تشير إلى الطبيعة المعقدة / المعقدة لـ مقاومة الإجهاد الذاتية وكذلك المستحثة التي يمكن أن توجد في الأورام ، والتي تساهم في مقاومة العلاج.


    الطرق: زرع كروي السرطان

    تم الحفاظ على خطوط الخلايا السرطانية في أقنعة EasYFlasks المعالجة بخلايا الخلايا السرطانية العلمية الحرارية قبل تعرضها للثقافة الكروية. لتشكيل الأجسام الشبه الكروية السرطانية ، تم زرع الخلايا في ألواح Nunclon Sphera ذات 96 بئر U بكثافة 100-5000 خلية / بئر في 200 ميكرولتر / بئر من Gibco DMEM مع ملحق GlutaMAX و 10 ٪ FBS ، 1X MEM غير أساسي من الأحماض الأمينية ، 100 وحدة / مل بنسلين- ستربتومايسين ، و 25 ملي مولار هيبس. تم زرع الألواح غير المعالجة بالمثل في وسط DMEM الكامل الذي يحتوي على 3 ٪ ميثيل سلولوز. تم طرد الألواح لفترة وجيزة عند 250 × جم لمدة 5 دقائق. تم تحضين الخلايا بعد ذلك عند 37 درجة مئوية و 5 ٪ من ثاني أكسيد الكربون2، وتغذيتها كل 72 ساعة عن طريق إزالة 100 ميكرولتر من الوسط بعناية من كل بئر وتجديدها بـ 100 ميكرولتر من وسط النمو الطازج باستخدام ماصة متعددة القنوات. تم فحص تكوين ونمو الأجسام الشبه الكروية باستخدام نظام تصوير Invitrogen EVOS.


    مقدمة

    على مدى العقود الثلاثة الماضية ، تم استخدام مزارع الخلايا ثلاثية الأبعاد (3-D) ذات الأصل الطبيعي والخبيث بشكل تدريجي في المختبر أنظمة في تكوين الأعضاء والبحوث الطبية الحيوية. على عكس الثقافات التقليدية المتجانسة أحادية الطبقة أو المعلقة ، قد تحافظ الثقافات ثلاثية الأبعاد على سمات كيميائية حيوية ومورفولوجية محددة مماثلة للأنسجة المقابلة في الجسم الحي ويمكن أن يبقى في حالة وظيفية متمايزة ونشطة لعدة أسابيع. تتمثل الميزة الرئيسية لإنشاء مجاميع كروية ثلاثية الأبعاد من خطوط الخلايا الدائمة في أنه يمكن دراسة الآليات الأساسية لنمو الخلايا وتكاثرها وتمايزها بتنسيق قابل للتكرار مع بيئة داخلية تمليها عملية التمثيل الغذائي والاستجابات التكيفية للخلايا. وبالتالي ، تمتلك المجاميع شبكة معقدة ثلاثية الأبعاد منظمة تعرض تفاعلات من خلية إلى خلية ومن خلية إلى مصفوفة جنبًا إلى جنب مع هندسة مورفولوجية وفسيولوجية محددة جيدًا تؤثر على المعايير الداخلية مثل شكل الخلية وحجمها وتوزيع العضيات ، أو النشاط الأنزيمي. يجب تمييز "عدم التجانس العلماني" (78) عن عدم تجانس الخلايا النسيلية وينعكس في أنظمة الثقافة ثلاثية الأبعاد بدلاً من أنظمة الثقافة ثنائية الأبعاد.

    منذ تقديمه لأول مرة في أوائل السبعينيات من قبل ساذرلاند وزملائه (189 ، بي 86) ، اكتسبت الأجسام الشبه الكروية متعددة الخلايا (MCTS) أهمية أساسية في أبحاث السرطان التجريبية مع الغالبية العظمى من الدراسات السابقة التي تركز على استجابة الخلايا السرطانية لطرق العلاج المختلفة ( للمراجعة انظر: 135187 99 31 31 58). بالإضافة إلى التحقيقات الموجهة علاجيًا ، توسع استخدام MCTS ليشمل مجالات أخرى من بيولوجيا الخلية الأساسية والفيزيولوجيا المرضية مثل الاتصال بين الخلايا ، وغزو الخلايا ، وتكوين الأوعية الدموية ، وتكوين الأوعية الدموية الجديدة (راجعها: 22 48141). وبالمثل ، تم تكثيف التحقيقات حول الآليات المكروية والتخلقية المتضمنة في تنظيم تكاثر الخلايا ، والتمايز ، وموت الخلايا ، والتعبير الجيني خلال السنوات العشر الماضية (1110136).

    على الرغم من أن أنظمة الثقافة ثلاثية الأبعاد مثل الزراعة الأحادية الكروية للورم متعدد الخلايا تعتبر لتقليد في الجسم الحي micromilieu من أورام الأوعية الدموية الصغيرة ، والكثير من التعقيد البيولوجي لل في الجسم الحي ضاع الوضع. في تكوين الأعضاء على سبيل المثال ، تم نشر العديد من التقارير التي تتناول دور اللحمة المتوسطة والمصفوفة خارج الخلية. من المعروف جيدًا أن اللحمة الليفية الوسيطة ليست ضرورية فقط لتطوير الأنظمة التكميلية والبولية والجهاز الهضمي والهيكل العظمي والجهاز البولي التناسلي قبل وبعد الولادة ، ولكنها أيضًا تحفز أنماطًا محددة من التكوُّن الظهاري والتمايز الخلوي مثل التعبير عن البروتينات الإفرازية النوعية للأنسجة ( للمراجعة: 42). بالإضافة إلى ذلك ، فقد ثبت أن الشبكة الجزيئية المعقدة لـ ECM والتي يتم إنتاجها وإفرازها في الغالب بواسطة الخلايا اللحمية تلعب دورًا مهمًا في تمايز الخلايا / الظهارة والتعبير الجيني الخاص بالنسيج الذي يعمل كمنظم إيجابي أو سلبي. بالنسبة للأعضاء المتني ، يمكن بالتالي تعريف البيئة المكروية على أنها وحدة وظيفية تتكون من الظهارة والغشاء القاعدي الأساسي والسدى المجاور. ومع ذلك ، فقد تم التحقيق في الخلايا الليفية كأهداف لغزو الخلايا السرطانية وليس في تمايز الخلايا السرطانية. لم يتم التركيز على احتمال أن يتم تنظيم السرطانات الناشئة أو الراسخة من خلال بيئة النسيج الضام إلا مؤخرًا.

    بالإضافة إلى الخلايا البطانية التي تشارك بشكل أساسي في تكوين الأوعية الدموية وتكوين الأوعية الدموية (للمراجعة: 52 129 22) ، تمثل الخلايا ذات الكفاءة المناعية المرتبطة بالورم مجموعة مهمة من الخلايا التي تعتبر مؤثرة سلبية أو إيجابية على نمو الخلايا السرطانية وانتشارها (128) .

    إلى جانب البيانات الحديثة حول الموضوعات الكلاسيكية للبحث في الزراعة الأحادية MCTS ، ستسلط هذه المراجعة الضوء على العمل مع الثقافات غير المتجانسة. يتم تقديم نظرة عامة على الجوانب التقنية للعمل مع الثقافات المتجانسة وغير المتجانسة لتوفير نظرة ثاقبة على التطبيق العملي لطريقة زراعة الأنسجة. نعتزم إظهار أن نظام النموذج ثلاثي الأبعاد ، بما في ذلك الخلايا الطبيعية والورم ومنتجاتها سيوفر فهمًا لميكروميليو الورم المناسب لاختبار استراتيجيات جديدة مضادة للسرطان في المختبر، مما يسمح لهدفين علاجيين ، الخلية السرطانية وبيئتها.


    غالبًا ما تتميز خطوط الخلايا الخبيثة بحقيقة أنها يمكن أن تشكل الأجسام الشبه الكروية متعددة الخلايا. يمكن إنشاء الأجسام الشبه الكروية عن طريق زرع تعليق من الخلايا على طبق بتري مغطى ب agarose. بعد بضعة أيام ، تتشكل العديد من الأجسام الشبه الكروية الصغيرة ، ولكن لها أقطار مختلفة ويجب فصلها حسب الحجم. من أجل ضمان حجم كروي موحد ، يتم ضخ كميات متساوية من معلقات الخلايا السرطانية في الآبار المطلية ب agarose من لوحة ميكروتيتر في ترتيب اختبار بديل. في النهاية ، يتم تشكيل جسم كروي واحد فقط في كل بئر عند أعمق نقطة من انحناء تلك الأسطح. علاوة على ذلك ، بعد البدء ، يمكن أيضًا نقل الأجسام الشبه الكروية إلى زجاجات دوارة ، مما يضمن إمدادًا أفضل بالمغذيات والأكسجين للخلايا. يمكن لبعض خطوط الخلايا أيضًا تشكيل الأجسام الشبه الكروية مباشرة من تعليق الخلية المزروعة في زجاجات دوارة.

    MCTS لها هيكل كروي. يرتبط معدل تكاثر الخلايا في جسم كروي بتوافر العناصر الغذائية والأكسجين. تتكون الطبقة الخارجية من جسم كروي من تكاثر الخلايا السرطانية. تتكون الطبقة الوسطى من خلايا في مرحلة G0. Due to the gradients of nutrients, metabolites and oxygen falling towards the center, central necrosis develops in the vicinity of the center.


    شاهد الفيديو: تركيب الخلية Cell structure (شهر نوفمبر 2022).