بررسی تاثیرات داروی ضد سرطانی تاکسول بر ویژگی‌های بیومکانیکی و متابولیسمی ناحیه تکثیرکننده اسفروئیدهای تشکیل شده از سلول‌های سرطانی سینه انسانی MCF-7 در بستر میکروفلوئیدیک

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

1 'گروه بیوفیزیک دانشکده علوم زیستی، دانشگاه تربیت مدرس

2 گروه بیوفیزیک دانشکده علوم زیستی

چکیده
بررسی ویژگی‌های بیومکانیکی سلول‌های سرطانی برای پیشرفت در درمان و شناخت بهتر سرطان ضروری است. بیشتر تحقیقات صورت گرفته در سال‌های اخیر بر روی سلول‌های کشت شده به صورت دوبعدی انجام شده است در حالی که مطالعه‌ی سلول‌های کشت شده در حالت سه بعدی به دلیل رشد سلول‌ها در همه‌ی ابعاد و همچنین وجود اتصالات سلول-سلول و سلول ماتریکس خارج سلولی نسبت به کشت دو بعدی ارجحیت دارد. کشت سه بعدی سلول درمقایسه با کشت دو بعدی، با اینکه از نظر فیزیولوژیکی به شرایط محیطی درون‌تنی نزدیکتر است اما در حال حاضر روش متداولی برای کشت سلول و آزمایشات پیش بالینی به شمار نمی رود. نبود بستر مناسب و محدود بودن تکنیک های رایج در مشخصه یابی پارامترهای مختلف سلول‌ها در حالت سه بعدی از محدودیت های این نوع کشت به شمار می آیند. در این تحقیق، ابتدا با استفاده از PDMS بستری جهت ایجاد اسفروئید ساخته شد و سپس اسفروئیدهای تشکیل شده تحت تاثیر تاکسول به عنوان داروی ضد اسکلت سلولی قرار گرفتند و با تصویر برداری از آن ها در مدت زمان مشخص، میزان زنده مانی آن‌ها بررسی شد و در نهایت جهت به دست آوردن پارامترهای بیومکانیکی، سطح بیرونی آن‌ها توسط میکروسکوپ نیروی اتمی مورد سنجش قرار گرفت. نتایج حاصل نشان می دهد که داروی تاکسول علاوه بر کاهش زنده مانی و کنترل رشد تومور، ویژگی‌های بیومکانیکی سلول‌ها را نیز در حالت سه بعدی تحت تاثیر قرار می دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


1. Huang H, Kamm RD, Lee RT. Cell mechanics and mechanotransduction: Pathways, probes, and physiology. Am. J. Physiol. - Cell Physiol. 2004;287:1–11.
2. Luo Q, Kuang D, Zhang B, Song G. Cell stiffness determined by atomic force microscopy and its correlation with cell motility. Biochim. Biophys. Acta - Gen. Subj. [Internet] 2016;1860:1953–60. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.bbagen.2016.06.010
3. Ren J, Huang H, Liu Y, Zheng X, Zou Q. An atomic force microscope study revealed two mechanisms in the effect of anticancer drugs on rate-dependent Young’s modulus of human prostate cancer cells. PLoS One 2015;10:1–14.
4. Giannetti A, Revilloud J, Verdier C. Mechanical properties of 3D tumor spheroids measured by AFM. Comput. Methods Biomech. Biomed. Engin. [Internet] 2020;23:S125–7. Available from: https://doi.org/10.1080/10255842.2020.1816297
5. Blumlein A, Williams N, McManus JJ. The mechanical properties of individual cell spheroids. Sci. Rep. [Internet] 2017;7:1–10. Available from: http://dx.doi.org/10.1038/s41598-017-07813-5
6. Li M, Dang D, Liu L, Xi N, Wang Y. Atomic force microscopy in characterizing cell mechanics for biomedical applications: A review. IEEE Trans. Nanobioscience 2017;16:523–40.
7. Hashemzadeh H, Kelkawi AHA, Allahverdi A, Rothbauer M, Ertl P, Naderi-Manesh H. Fingerprinting Metabolic Activity and Tissue Integrity of 3D Lung Cancer Spheroids under Gold Nanowire Treatment. Cells 2022;11:1–14.
8. Jensen C, Teng Y. Is It Time to Start Transitioning From 2D to 3D Cell Culture? Front. Mol. Biosci. 2020;7:33.
9. Ravi M, Paramesh V, Kaviya SR, Anuradha E, Paul Solomon FD. 3D cell culture systems: Advantages and applications. J. Cell. Physiol. 2015;230:16–26.
10. Hashemzadeh AH. 573-580 A549 Lung Cancer and PC9 Normal Cell Lines under Treatment of Silver Nanoparticles. Modares J. Biotechnol. 2019;10:573–80.
11. Ghosh S, Spagnoli GC, Martin I, Ploegert S, Demougin P, Heberer M, et al. Three-dimensional culture of melanoma cells profoundly affects gene expression profile: A high density oligonucleotide array study. J. Cell. Physiol. 2005;204:522–31.
12. LaBarbera D V., Reid BG, Yoo BH. The multicellular tumor spheroid model for high-throughput cancer drug discovery. Expert Opin. Drug Discov. 2012;7:819–30.
13. Ziółkowska K, Kwapiszewski R, Stelmachowska A, Chudy M, Dybko A, Brzózka Z. Development of a three-dimensional microfluidic system for long-term tumor spheroid culture. Sensors Actuators, B Chem.2012;173:908–13.
14. Patra B, Chen YH, Peng CC, Lin SC, Lee CH, Tung YC. A microfluidic device for uniform-sized cell spheroids formation, culture, harvesting and flow cytometry analysis. Biomicrofluidics [Internet] 2013 [cited 2023 Feb 21];7:054114. Available from: https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4824480
15. Costa EC, Moreira AF, de Melo-Diogo D, Gaspar VM, Carvalho MP, Correia IJ. 3D tumor spheroids: an overview on the tools and techniques used for their analysis. Biotechnol. Adv. [Internet] 2016;34:1427–41. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.biotechadv.2016.11.002
16. Andolfi L, Greco SLM, Tierno D, Chignola R, Martinelli M, Giolo E, et al. Planar AFM macro-probes to study the biomechanical properties of large cells and 3D cell spheroids. Acta Biomater. 2019;94:505–13.
17. Meyer E. Atomic force microscopy. Prog. Surf. Sci. 1992;41:3–49.
18. Taubenberger A V., Girardo S, Träber N, Fischer-Friedrich E, Kräter M, Wagner K, et al. 3D Microenvironment Stiffness Regulates Tumor Spheroid Growth and Mechanics via p21 and ROCK. Adv. Biosyst. 2019;3:1–16.
19. Alcaraz J, Buscemi L, Grabulosa M, Trepat X, Fabry B, Farré R, et al. Microrheology of Human Lung Epithelial Cells Measured by Atomic Force Microscopy. Biophys. J. 2003;84:2071–9.
20. Guz N, Dokukin M, Kalaparthi V, Sokolov I. If Cell Mechanics Can Be Described by Elastic Modulus: Study of Different Models and Probes Used in Indentation Experiments. Biophys. J. [Internet] 2014;107:564–75. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.bpj.2014.06.033
21. Li QS, Lee GYH, Ong CN, Lim CT. AFM indentation study of breast cancer cells. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2008;374:609–13.
22. Xu C, Wang Y, Jiang N, Yang H, Lin J, Xie S. Elasticity measurement of breast cancer cells by atomic force microscopy. Twelfth Int. Conf. Photonics Imaging Biol. Med. (PIBM 2014) 2014;9230:92300Y.
23. Hung MS, Tsai MF. Investigating the Influence of Anti-Cancer Drugs on the Mechanics of Cells Using AFM.
24. Ghorbani M, Soleymani M, Hashemzadeh H, Mortezazadeh S, Sedghi M, Shojaeilangari S, Allahverdi A, Naderi Manesh H. Microfluidic investigation of the effect of graphene oxide on mechanical properties of cell and actin cytoskeleton networks: experimental and theoretical approaches. Scientific Reports. (2021) 11:16216 doi.org/10.1038/s41598-021-95624-0