Bana vägen för att testa experimentella läkemedel i mer realistiska miljöer, forskare vid National Institute of Standards and Technology (NIST) har upptäckt hur man får små kolonier av celler att växa på användbara nya sätt inuti petriskålar.

Forskargruppens upptäckter kan hjälpa designers av miniatyr "lab-on-a-chip"-teknologier att odla tredimensionella kolonier av levercancerceller inuti ett chips små kammare, snarare än de bara tvådimensionella kolonier som de i allmänhet kan odla nu. Eftersom många tumörer i fast vävnad i sig är tredimensionella, 3D-cellmatriser skulle kunna tillhandahålla mer realistiska biologiska miljöer för att testa läkemedel än de som för närvarande är tillgängliga.

"Eftersom tumörcellinjer ofta används för att testa anti-cancerföreningar, det biomedicinska samfundet letar aktivt efter sätt att testa dessa läkemedel i 3D-cellkulturer, sa Darwin Reyes-Hernandez, en biomedicinsk ingenjör vid NIST. "Våra fynd kan hjälpa till att överbrygga klyftan mellan analyser av celler i labbet och i levande varelser, en lucka som för närvarande begränsar läkemedelsupptäcktsprocesserna."

För att uppfylla löftet om lab-on-a-chip-teknik, chipets inre måste ha många egenskaper gemensamma med själva kroppen, som att många olika celltyper växer i varandras närvaro. Forskare kan redan undersöka vad en enskild celltyp skulle göra i närvaro av en läkemedelsmolekyl helt enkelt genom att odla dem tillsammans i en laboratoriepetriskål. Men droger måste fungera i kroppen, inte bara ett labbexperiment. För att studera cell-cell-interaktioner på ett kontrollerat sätt, forskare odlar flera celltyper i skålen, få varje typ att växa på en annan plats genom att ändra egenskaperna hos odlingsytan, en teknik som kallas mikromönster.

NIST-teamet, vars medlemmar är specialiserade på mikrofluidteknik som skulle utgöra mycket av labbet i ett chips fysiska miljö, hade initialt målet att få två olika typer av mänskliga celler att växa sida vid sida på en yta:levercancerceller såväl som endotelceller, som kantar blodkärlen i kroppen och är avgörande för cancerutvecklingen. Att bara hitta ett sätt att skapa denna delade gräns mellan två celltyper skulle ha varit en värdig prestation, enligt teammedlemmen Kiran Bhadriraju, en NIST gästforskare som är på besök från Theiss Research i La Jolla, Kalifornien. Befintlig teknik för att skapa sådana mikromönstrade samkulturer är besvärliga, han sa, och inte lätt att använda i storskaliga farmaceutiska tester.

Teamet ansåg att när de belade ytan med två olika lim - enbart fibronektin och en sammansättning av fibronektin och andra ämnen som kallas hybridcelladhesivt material (hCAM) - skulle levercancercellerna lätt bara fästa vid hCAM, medan endotelcellerna skulle fästa vid fibronektinet. Preliminära experiment bekräftade deras gissning, och upptäckten gav NIST-forskarna ett sätt att skapa samkulturer av tumör- och endotelceller där de ville ha dem.

Att skapa den delade gränsen som de först sökte var en prestation i sig, men det kom mer. När de tog bilder av cellerna med en teknik som kallas konfokal lasermikroskopi, teamet upptäckte också att cellerna på hCAM-ytan hade växt upp skiktade arrayer i tre dimensioner. Om man lägger till ett tredje protein som kallas transglutaminas – ett klibbigt enzym som limmar ihop proteinmolekyler – kan de få levercancercellerna att istället bilda grupperingar som bara är en enda cell tjocka, ge dem kontroll över processen.

Att känna till detta relativt enkla förhållande mellan kemikalierna, yt- och levercancerceller kan vara användbara för att odla cancerceller tillsammans med helt olika celltyper, han säger, och kan tillåta att dessa små cellkulturer skalas upp för den sortens högkapacitetsarbete som ett läkemedelsföretag skulle behöva för att testa ett stort antal läkemedelskandidater.

"Vi förväntar oss att andra cancercellinjer kan användas för mikromönster av liknande samkulturer, ", sade Bhadriraju. "Medan levercancercellinjen som används här är en viktig cellinje för läkemedelsindustrin för att testa läkemedel mot cancer, vi har ännu inte testat om andra cancercelltyper kommer att bilda samma typer av 3D-strukturer. Men vi är optimistiska, eftersom dessa proteiner vi belagt ytan med ofta används med andra typer av cancerceller."

Denna berättelse är återpublicerad med tillstånd av NIST. Läs originalberättelsen här.