Применение биосовместимых композитных структур (скаффолдов) в онкологии

Применение биосовместимых композитных структур (скаффолдов) в онкологии

Автор: Кит О.И., Максимов А.Ю., Новикова И.А., Гончарова А.С., Лукбанова Е.А., Ситковская А.О., Воловик В.Г., Чапек С.В.

Журнал: Сибирский онкологический журнал @siboncoj

Рубрика: Обзоры

Статья в выпуске: 1 т.21, 2022 года.

Бесплатный доступ

Современные подходы тканевой инженерии направлены на разработку конструкций (скаффолдов), способствующих развитию всего разнообразия межклеточных взаимодействий, имитирующих таковые в реальном объекте. цель исследования заключалась в сборе и обобщении данных по созданию и использованию трехмерных клеточных матриц. материал и методы. Выполнен поиск тематических статей с использованием ключевых слов как в международных базах данных pubmed и medline, так и в отечественных - cyber leninka и elibrary. В результате литературного поиска нами было отобрано 315 статей по изучаемой тематике, далее по результатам детального анализа текстов было взято 37 публикаций, результаты которых послужили предметом обсуждения данного обзора. Результаты. Проведен обзор исследований, посвященных разработке трехмерных композитных структур (скаффолдов) и их применению в области клеточных технологий. Рассмотрены способы изготовления биосовместимых конструкций с использованием как естественных биоматериалов, так и синтетических, в том числе различных гидрогелей и титановых сплавов, а также обсуждаются их некоторые физические и химические характеристики. В обзоре обсуждаются возможные варианты применения трехмерных композитных структур в онкологии в качестве одного из возможных инструментов для расширения фундаментальных представлений о закономерностях развития злокачественного процесса, а также и для использования в работах по разработке эффективных методов лечения и поиску новых лекарственных средств. Обозначены перспективы применения скаффолдов в области экспериментальной онкологии, а именно в создании различного рода опухолевых моделей. Освещено применение специализированных клеточных матриц с целью реконструкции поврежденных тканей. заключение. В настоящее время трехмерные культуральные системы приходят на смену двухмерным моделям. Успехи в этом направлении связаны с созданием и разработкой различных вариантов клеточных матриц, способствующих решению ряда прикладных задач в области создания трехмерных опухолевых моделей in vitro и in vivo , терапии злокачественных опухолей и восстановительной медицины.

Еще

Скаффолд, клеточные матрицы, 3d-моделирование, опухолевые модели

Короткий адрес: https://sciup.org/140290549

IDR: 140290549   |   DOI: 10.21294/1814-4861-2022-21-1-130-136

Список литературы Применение биосовместимых композитных структур (скаффолдов) в онкологии

  • Fong E.L., Harrington D.A., Farach-Carson M.C., Yu H. Heralding a new paradigm in 3D tumor modeling. Biomaterials. 2016 Nov; 108: 197–213. doi: 10.1016/j.biomaterials.2016.08.052.
  • Садовой М.А., Ларионов П.М., Самохин А.Г., Рожнова О.М. Клеточные матрицы (скаффолды) для целей регенерации кости: современное состояние проблемы. Хирургия позвоночника. 2014; (2): 79–86. [Sadovoy M.A., Larionov P.M., Samokhin A.G., Rozhnova O.M. Cellular matrices (scaffolds) for bone regeneration: the current state of the problem. Spine Surgery. 2014; (2): 79–86. (in Russian)].
  • Hutmacher D.W. Biomaterials offer cancer research the third dimension. Nature materials. 2010 Feb; 9(2): 90–3. doi:10.1038/nmat2619.
  • Kankala R.K., Xu X.M., Liu C.G., Chen A.Z., Wang S.B. 3Dprinting of microfibrous porous scaffolds based on hybrid approaches for bone tissue engineering. Polymers (Basel). 2018; 10(7). doi: 10.3390/polym10070807.
  • Farach-Carson M.C., Warren C.R., Harrington D.A., Carson D.D. Border patrol: insights into the unique role of perlecan/heparan sulfate proteoglycan 2 at cell and tissue borders. Matrix Biol. 2014 Feb; 34: 64–79. doi: 10.1016/j.matbio.2013.08.004.
  • Theocharis A.D., Skandalis S.S., Gialeli C., Karamanos N.K. Extracellular matrix structure. Adv Drug Deliv Rev. 2016 Feb; 97: 4–27. doi: 10.1016/j.addr.2015.11.001.
  • Grindel B.J., Martinez J.R., Pennington C.L., Muldoon M., Stave J., Chung L.W., Farach-Carson M.C. Matrilysin/matrix metalloproteinase-7(MMP7) cleavage of perlecan/ HSPG2 creates a molecular switch to alter prostate cancer cell behavior. Matrix Biol. 2014; 36: 64–76. doi: 10.1016/j.matbio.2014.04.005.
  • Sabeh F., Shimizu-Hirota R., Weiss S.J. Protease-dependent versusindependent cancer cell invasion programs: three-dimensional amoeboid movement revisited. J Cell Biol. 2009 Apr; 185(1): 11–9. doi: 10.1083/jcb.200807195.
  • Shoval H., Karsch-Bluman A., Brill-Karniely Y., Stern T., Zamir G., Hubert A., Benny O. Tumor cells and their crosstalk with endothelial cells in 3D spheroids. Sci Rep. 2017 Sep 5; 7(1): 10428. doi: 10.1038/s41598-017-10699-y.
  • Panzetta V., Musella I., Rapa I., Volante M., Netti P.A., Fusco S. Mechanical phenotyping of cells and extracellular matrix as grade and stage markers of lung tumor tissues. Acta Biomaterialia. 2017 Jul; 57: 334–41. doi: 10.1016/j.actbio.2017.05.002.
  • Kim K., Dean D., Mikos A.G., Fisher J.P. Effect of initial cell seeding density on early osteogenic signal expression of rat bone marrow stromal cells cultured on crosslinked poly(propylene fumarate) disks. Biomacromolecules. 2009; 10: 1810–7. doi: 10.1021/bm900240k.
  • Melchels F.P., Feijen J., Grijpma D.W. A poly (D,L-lactide) resin for the preparation of tissue engineering scaffolds by stereolithography. Biomaterials. 2009 Aug; 30(23–24): 3801–9. doi: 10.1016/j.biomaterials.2009.03.055.
  • Osmond M., Bernier S.M., Pantcheva M.B., Krebs M.D. Collagen and collagen‐chondroitin sulfate scaffolds with uniaxially aligned pores for the biomimetic, three dimensional culture of trabecular meshwork cells. Biotechnol Bioengin. 2017 Apr; 114(4): 915–23. doi: 10.1002/bit.26206.
  • Tiffany A.S., Gray D.L., Woods T.J., Subedi K, Harley B.A.C. The inclusion of zinc into mineralized collagen scaffolds for craniofacial bone repair applications. Acta Biomaterialia. 2019 Jul; 93: 86–96. doi: 10.1016/j.actbio.2019.05.031.
  • Prestwich G.D. Simplifying the extracellular matrix for 3‐D cell culture and tissue engineering: a pragmatic approach. J Cell Biochem. 2007 Aug 15; 101(6): 1370–83. doi: 10.1002/jcb.21386.
  • Lam N.T., Lam H., Sturdivant N.M., Balachandran K. Fabrication of a matrigel–collagen semi-interpenetrating scaffold for use in dynamic valve interstitial cell culture. Biomedical Materials. 2017 Jul 24; 12(4): 045013. doi: 10.1088/1748-605X/aa71be.
  • Anguiano M., Castilla C., Maska M., Ederra C., Pelaez R., Morales X., Munoz-Arrieta G., Mujika M., Kozubek M., Munoz-Barrutia A., Rouzaut A., Arana S., Garcia-Aznar J.M., Ortiz-de-Solorzano C. Characterization of three-dimensional cancer cell migration in mixed collagen- Matrigel scaffolds using microfluidics and image analysis. PloS one. 2017 Feb 6; 12(2). doi: 10.1371/journal.pone.0171417.
  • Maru Y., Tanaka N., Itami M., Hippo Y. Efficient use of patientderived organoids as a preclinical model for gynecologic tumors. Gynecol Oncol. 2019 Jul; 154(1): 189–98. doi: 10.1016/j.ygyno.2019.05.005.
  • Li P., Sakuma K., Tsuchiya S., Sun L., Hayamizu Y. Fibroin-like peptides self-assembling on two-dimensional materials as a molecular scaffold for potential biosensing. ACS Appl Mater Interfaces. 2019 Jun 12; 11(23): 20670–7. doi: 10.1021/acsami.9b04079.
  • Кокорев О.В., Ходоренко В.Н., Аникеев С.Г., Дамбаев Г.Ц., Гюнтер В.Э. Особенности использования пористо-проницаемых инкубаторов из никелида титана в качестве носителей клеточных культур поджелудочной железы. Вестник новых медицинских технологий. 2014; (1): 47. [Kokorev O.V., Khodorenko V.N., Anikeev S.G., Dambaev G.Ts., Gunter V.E. Features of the use of porous-permeable incubators made of titanium nickelide as carriers of pancreatic cell cultures. Bulletin of New Medical Technologies. 2014; (1): 47. (in Russian)]. doi: 10.12737/46813.
  • Кокорев О.В., Ходоренко В.Н., Дамбаев Г.Ц., Гюнтер В.Э. Функциональная характеристика тканевых эквивалентов различных тканей с использованием пористо-проницаемых инкубаторов из никелида титана. Acta Biomedica Scientifica. 2015; (2): 73–9 [Kokorev O.V., Khodorenko V.N., Dambaev G.Ts., Gunter V.E. Functional characterization of tissue equivalents of various tissues using porous-permeable titanium nickelide incubators. Acta Biomedica Scientifica. 2015; (2): 73–9. (in Russian)].
  • Murphy C.M., Haugh M.G., O’Brien F.J. The effect of mean pore size on cell attachment, proliferation and migration in collagenglycosaminoglycan scaffolds for bone tissue engineering. Biomaterials. 2010 Jan; 31(3): 461–6. doi: 10.1016/j.biomaterials.2009.09.063.
  • Carvalho M.R., Lima D., Reis R.L., Correlo V.M., Oliveira J.M. Evaluating biomaterial-and microfluidic-based 3D tumor models. Trends Biotechnol. 2015; 33(11): 667–78. doi: 10.1016/j.tibtech.2015.09.009.
  • Галимова Э.С., Галагудза М.М. Двухмерные и трехмерные модели культур клеток опухолей in vitro: преимущества и недостатки. Бюллетень сибирской медицины. 2018; 17(3): 188–96. [Galimova E.S., Galagudza M.М. Two-dimensional and three-dimensional cell culture models in vitro: pros and cons. Bulletin of Siberian Medicine. 2018; 17(3): 188–96. (in Russian)]. doi: 10.20538/1682-0363-2018-3-188-196.
  • Liu G., Wang B., Li S., Jin Q., Dai Y. Human breast cancer decellularized scaffolds promote epithelial-to-mesenchymal transitions and stemness of breast cancer cells in vitro. J Cell Physiol. 2019; 234(6): 9447–56. doi: 10.1002/jcp.27630.
  • Cruz‐Neves S., Ribeiro N., Graca I., Jeronimo C., Sousa S.R., Monteiro F.J. Behavior of prostate cancer cells in a nanohydroxyapatite/collagen bone scaffold. J Biomed Mater Res A. 2017; 105(7): 2035–46. doi: 10.1002/jbm.a.36070.
  • Gock M., Kühn F., Mullins C.S., Krohn M., Prall F., Klar E., Linnebacher M. Tumor Take Rate Optimization for Colorectal Carcinoma Patient-Derived Xenograft Models. Biomed Res Int. 2016; 2016: 1715053. doi: 10.1155/2016/1715053.
  • Moshe A., Izraely S., Sagi-Assif O., Prakash R., Telerman A., Meshel T., Carmichael T., Witz I.P. Cystatin C takes part in melanomamicroglia cross-talk: possible implications for brain metastasis. Clin Exp Metastasis. 2018; 35(5–6): 369–78. doi: 10.1007/s10585-018-9891-0.
  • Кит О.И., Колесников Е.Н., Максимов А.Ю., Протасова Т.П., Гончарова А.С., Лукбанова Е.А. Методы создания ортотопических моделей рака пищевода и их применение в доклинических исследованиях. Современные проблемы науки и образования. 2019; (2): 96. [Kit O.I., Kolesnikov E.N., Maksimov A.Yu., Protasova T.P., Goncharova A.S., Lukbanova E.A. Methods for creating orthotopic models of esophageal cancer and their application in preclinical studies. Modern Problems of Science and Education. 2019; (2): 96. (in Russian)].
  • Павлова А.А., Масчан М.А., Пономарев В.Б. Адоптивная иммунотерапия генетически модифицированными Т-лимфоцитами, экспрессирующими химерные антигенные рецепторы. Онкогематология. 2017; 12(1): 17–32. [Pavlova A.А., Maschan M.А., Ponomarev V.B. Adoptitive immunotherapy with genetically engineered T-lymphocytes modified to express chimeric antigen receptors. Oncohematology. 2017; 12(1): 17–32. (in Russian)]. doi: 10.17650/1818-8346-2017-12-1-17-32.
  • Morishita S., Tsubaki A., Hotta K., Fu J.B., Fuji S. The benefit of exercise in patients who undergo allogeneic hematopoietic stem cell transplantation. J Int Soc Phys Rehabil Med. 2019; 2(1): 54–61. doi: 10.4103/jisprm.jisprm_2_19.
  • Melief C.J.M. Cancer: precision T-cell therapy targets tumours. Nature. 2017; 547(7662): 165–7. doi: 10.1038/nature23093.
  • Bonifant C.L., Jackson H.J., Brentjens R.J., Curran K.J. Toxicity and management in CAR T-cell therapy. Mol Ther Oncolytics. 2016; 3: 16011. doi: 10.1038/mto.2016.11.
  • Rose F.R., Oreffo R.O. Bone tissue engineering: hope vs hype. Biochem Biophys Res Commun. 2002; 292(1): 1–7. doi: 10.1006/bbrc.2002.6519.
  • Farshadi M., Johari B., Erfani Ezadyar E., Gholipourmalekabadi M., Azami M., Madanchi H., Haramshahi S.M.A., Yari A., Karimizade A., Nekouian R., Samadikuchaksaraei A. Nanocomposite scaffold seeded with mesenchymal stem cells for bone repair. Cell Biol Int. 2019 Feb 27. doi: 10.1002/cbin.11124.
  • Епишев В.В., Петрова Л.Н., Аладин А.С., Смирнов В.А., Сулацкая Е.Ю., Эрлих В.В., Важенин А.В. Опыт применения индивидуальных титановых имплантатов для восстановления анатомической структуры носа. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2016; 18(3): 107–15. [Epishev V.V., Petrova L.N., Aladin A.S., Smirnov V.A., Sulatskaya E.Yu., Erlikh V.V., Vazhenin A.V. Experience of using individual titan implants in nasal reconstruction surgery. Russian Journal of Transplantology and Artificial Organs. 2016; 18(3): 107–15. (in Russian)]. doi: 10.15825/1995-1191-2016-3-107-115.
  • So E., Mandas V.H., Hlad L. Large osseous defect reconstruction using a custom three-dimensional printed titanium truss implant. J Foot Ankle Surg. 2018; 57(1): 196–204. doi: 10.1053/j.jfas.2017.07.019.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp