Трёхмерные клеточные модели для исследования взаимодействия опухоли и иммунитета и тестирования иммунотерапевтических препаратов
- Авторы: Филиппова С.Ю.1, Тимофеева С.В.1, Межевова И.В.1, Шалашная Е.В.1, Розенко Л.Я.1, Шапошников А.В.1, Новикова И.А.1
-
Учреждения:
- Национальный медицинский исследовательский центр онкологии
- Выпуск: Том 28, № 1 (2023)
- Страницы: 65-78
- Раздел: Научные обзоры
- URL: https://bakhtiniada.ru/1028-9984/article/view/217227
- DOI: https://doi.org/10.17816/onco516562
- ID: 217227
Цитировать
Аннотация
Одним из наиболее обнадёживающих подходов к лечению рака является иммунотерапия. Подавление иммунных контрольных точек в ткани опухоли (анти-CTLA4, анти-PD1) с использованием моноклональных антител позволило увеличить общую выживаемость пациентов при некоторых формах меланомы кожи и рака лёгких. Однако процент пациентов, отвечающих на лечение, варьирует от 20% до 40% в зависимости от типа рака и экспрессии молекул-мишеней опухолью. Основным источником неудач иммунотерапии является микроокружение опухоли, которое воздействует как на клетки опухоли, так и на иммунные клетки, вызывая их адаптацию к воздействию иммунотерапевтических препаратов. Известно, что архитектура и клеточный состав микроокружения действуют на различные параметры опухоли, способствуя привлечению в ткань опухоли иммуносупрессивных клеток, а также увеличению экспрессии ингибиторов контрольных точек (таких как PD-L1). Следовательно, при поиске новых методов лечения и для стратификации пациентов, которые могут ответить на иммунотерапию, требуется учитывать сложный состав микроокружения опухоли. Именно поэтому в иммуноонкологических исследованиях необходимо использовать трёхмерные клеточные модели, более полно отражающие архитектуру и клеточный состав опухоли. В этом обзоре мы оцениваем трёхмерные клеточные модели в качестве инструментов для исследований в области иммуноонкологии, а также для персонализированного подбора лечения, поиска новых мишеней и оптимизации существующей иммунотерапии онкологических заболеваний.
Полный текст
Открыть статью на сайте журналаОб авторах
Светлана Юрьевна Филиппова
Национальный медицинский исследовательский центр онкологии
Автор, ответственный за переписку.
Email: filsv@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-4558-5896
SPIN-код: 9586-2785
научный сотрудник
Россия, 344037, Ростов-на-Дону, 14-я линия, д. 63Софья Владимировна Тимофеева
Национальный медицинский исследовательский центр онкологии
Email: timofeeva.sophia@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5945-5961
SPIN-код: 5362-1915
научный сотрудник
Россия, 344037, Ростов-на-Дону, 14-я линия, д. 63Ирина Валентиновна Межевова
Национальный медицинский исследовательский центр онкологии
Email: mezhevova88@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-7902-7278
SPIN-код: 3367-1741
младший научный сотрудник
Россия, 344037, Ростов-на-Дону, 14-я линия, д. 63Елена Владимировна Шалашная
Национальный медицинский исследовательский центр онкологии
Email: rnioi@list.ru
ORCID iD: 0000-0001-7742-4918
SPIN-код: 2752-0907
кандидат биологических наук
Россия, 344037, Ростов-на-Дону, 14-я линия, д. 63Людмила Яковлевна Розенко
Национальный медицинский исследовательский центр онкологии
Email: onko-sekretar@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7032-8595
SPIN-код: 8879-2251
доктор медицинских наук, профессор
Россия, 344037, Ростов-на-Дону, 14-я линия, д. 63Александр Васильевич Шапошников
Национальный медицинский исследовательский центр онкологии
Email: onko-sekretar@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6881-2281
SPIN-код: 8756-9438
доктор медицинских наук, профессор
Россия, 344037, Ростов-на-Дону, 14-я линия, д. 63Инна Арнольдовна Новикова
Национальный медицинский исследовательский центр онкологии
Email: novikovainna@yahoo.com
ORCID iD: 0000-0002-6496-9641
SPIN-код: 4810-2424
доктор медицинских наук
Россия, 344037, Ростов-на-Дону, 14-я линия, д. 63Список литературы
- Hui L., Chen Y. Tumor microenvironment: sanctuary of the devil // Cancer Letters. 2015. Vol. 368, N 1. P. 7–13. doi: 10.1016/j.canlet.2015.07.039
- Dysthe M., Parihar R. Myeloid-derived suppressor cells in the tumor microenvironment // Advances in experimental medicine and biology. 2020. Vol. 1224. P. 117–140. doi: 10.1007/978-3-030-35723-8_8
- Wolf D., Sopper S., Pircher A., Gast G., Wolf A.M. Treg(s) in cancer: friends or foe? // Journal of cellular physiology. 2015. Vol. 230, N 11. P. 2598–2605. doi: 10.1002/jcp.25016
- Alsaab H.O., Sau S., Alzhrani R., et al. PD-1 and PD-L1 checkpoint signaling inhibition for cancer immunotherapy: mechanism, combinations, and clinical outcome // Frontiers in pharmacology. 2017. Vol. 8. P. 561. doi: 10.3389/fphar.2017.00561
- Feng R., Zhao H., Xu J., Shen C. CD47: the next checkpoint target for cancer immunotherapy // Critical reviews in oncology/hematology. 2020. Vol. 152. doi: 10.1016/j.critrevonc.2020.103014
- Chen X., Song E. Turning foes to friends: targeting cancer-associated fibroblasts // Nature reviews. Drug discovery. 2019. Vol. 18. P. 99–115. doi: 10.1038/s41573-018-0004-1
- Noy R., Pollard J.W. Tumor-associated macrophages: from mechanisms to therapy // Immunity. 2014. Vol. 41. P. 49–61. doi: 10.1016/j.immuni.2014.06.010
- Mantovani A., Allavena P., Sica A., Balkwill F. Cancer-related inflammation // Nature. 2008. Vol. 454, N 7203. P. 436–444. doi: 10.1038/nature07205
- Wei S.C., Duffy C.R., Allison J.P. Fundamental mechanisms of immune checkpoint blockade therapy // Cancer Discovery. 2018. Vol. 8. P. 1069–1086. doi: 10.1158/2159-8290.CD-18-0367
- Mercogliano M.F., Bruni S., Elizalde P.V., Schillaci R. Tumor necrosis factor alpha blockade: an opportunity to tackle breast cancer // Frontiers in oncology. 2020. Vol. 10. P. 584. doi: 10.3389/fonc.2020.00584
- Kang S., Tanaka T., Narazaki M., Kishimoto T. Targeting interleukin-6 signaling in clinic // Immunity. 2019. Vol. 50. P. 1007–1023. doi: 10.1016/j.immuni.2019.03.026
- Wente M.N., Keane M.P., Burdick M.D., et al. Blockade of the chemokine receptor CXCR2 inhibits pancreatic cancer cell-induced angiogenesis // Cancer Letters. 2006. Vol. 241. P. 221–227. doi: 10.1016/j.canlet.2005.10.041
- Tanabe Y., Sasaki S., Mukaida N., Baba T. Blockade of the chemokine receptor, CCR5, reduces the growth of orthotopically injected colon cancer cells via limiting cancer-associated fibroblast accumulation // Oncotarget. 2016. Vol. 7. P. 48335–48345. doi: 10.18632/oncotarget.10227
- Igarashi Y., Sasada T. Cancer vaccines: toward the next breakthrough in cancer immunotherapy // Journal of immunology research. 2020. Vol. 2020. doi: 10.1155/2020/5825401
- Harari A., Graciotti M., Bassani-Sternberg M., Kandalaft L.E. Antitumour dendritic cell vaccination in a priming and boosting approach // Nature reviews. Drug discovery. 2020. Vol. 19. P. 635–652. doi: 10.1038/s41573-020-0074-8
- Jiang J., Wu C., Lu B. Cytokine-induced killer cells promote antitumor immunity // Journal of translational medicine. 2013. Vol. 11. doi: 10.1186/1479-5876-11-83
- Тимофеева С.В., Ситковская А.О., Новикова И.А., и др. Современные достижения CAT-T иммунотерапии для лечения глиобластомы // Медицинская иммунология. 2021. T. 23, № 3. С. 483–496. doi: 10.15789/1563-0625-RAI-2111
- Тимофеева С.В., Филиппова С.Ю., Ситковская А.О., и др. 3D печать модели опухолевого роста РМЖ // Вопросы онкологии. 2023. Т. 69, № 1. С. 67–73. doi: 10.37469/0507-3758-2023-69-1-67-73
- Teicher B.A. In Vivo/Ex vivo and in situ assays used in Cancer Research: a brief review // Toxicologic Pathology. 2009. Vol. 37, N 1. P. 114–122. doi: 10.1177/0192623308329473
- Chuprin J., Buettner H., Seedhom M.O., et al. Humanized mouse models for immuno-oncology research // Nature reviews. Clinical oncology. 2023. Vol. 20, N 3. P. 192–206. doi: 10.1038/s41571-022-00721-2
- Тимофеева С.В., Шамова Т.В., Ситковская А.О. 3D-био-принтинг микроокружения опухоли: последние достижения // Журнал общей биологии. 2021. Т. 82, № 5. С. 389–400. doi: 10.31857/S0044459621050067
- Филиппова С.Ю., Ситковская А.О., Тимофеева С.В., и др. Применение силиконового покрытия для оптимизации процесса получения клеточных сфероидов методом висячей капли // Южно-Российский онкологический журнал. 2022. Т. 3, № 3. С. 15–23. doi: 10.37748/2686-9039-2022-3-3-2
- Филиппова С.Ю., Чембарова Т.В., Тимофеева С.В., и др. Культивирование клеток в альгинатных каплях, как высокопроизводительный метод получения клеточных сфероидов для биопечати // Южно-Российский онкологический журнал. 2023. Т. 4, № 2. С. 47–55. doi: 10.37748/2686-9039-2023-4-2-5
- Weiswald L.B., Bellet D., Dangles-Marie V. Spherical cancer models in tumor biology // Neoplasia. 2015. Vol. 17. P. 1–15. doi: 10.1016/j.neo.2014.12.004
- Jiang X., Seo Y.D., Chang J.H., et al. Long-lived pancreatic ductal adenocarcinoma slice cultures enable precise study of the immune microenvironment // Oncoimmunology. 2017. Vol. 6: e1333210. doi: 10.1080/2162402X.2017.1333210
- Neal J.T., Li X., Zhu J., et al. Organoid modeling of the tumor immune microenvironment // Cell. 2018. Vol. 175. P. 1972–1988. doi: 10.1016/j.cell.2018.11.021
- Courau T., Bonnereau J., Chicoteau J., et al. Cocultures of human colorectal tumor spheroids with immune cells reveal the therapeutic potential of MICA/B and NKG2A targeting for cancer treatment // Journal for Immunotherapy of Cancer. 2019. Vol. 7, N 1. P. 74. doi: 10.1186/s40425-019-0553-9
- Tsai S., McOlash L., Palen K., et al. Development of primary human pancreatic cancer organoids, matched stromal and immune cells and 3D tumor microenvironment models // BMC Cancer. 2018. Vol. 18, N 1. P. 335. doi: 10.1186/s12885-018-4238-4
- Yu L., Li Z., Mei H., et al. Patient-derived organoids of bladder cancer recapitulate antigen expression profiles and serve as a personal evaluation model for CAR-T cells in vitro // Clinical & translational immunology. 2021. Vol. 10, N 2. doi: 10.1002/cti2.1248
- Dijkstra K.K., Cattaneo C.M., Weeber F., et al. Generation of Tumor-Reactive T cells by co-culture of Peripheral Blood Lymphocytes and Tumor Organoids // Cell. 2018. Vol. 174, N 6. P. 1586–1598. doi: 10.1016/j.cell.2018.07.009
- Meng Q., Xie S., Gray G.K., et al. Empirical identification and validation of tumor-targeting T cell receptors from circulation using autologous pancreatic tumor organoids // Journal for immunotherapy of cancer. 2021. Vol. 9, N 11. doi: 10.1136/jitc-2021-003213
- Wu M.H., Huang S.B., Lee G.B. Microfluidic cell culture systems for drug research // Lab on a Chip. 2010. Vol. 10, N 8. P. 939. doi: 10.1039/b921695b
- Xie H., Appelt J.W., Jenkins R.W. Going with the flow: modeling the tumor microenvironment using microfluidic technology // Cancers (Basel). 2021. Vol. 13, N 23. P. 6052. doi: 10.3390/cancers13236052
- Liu H., Wang Y., Wang H., et al. A Droplet microfluidic system to fabricate hybrid capsules enabling stem cell organoid engineering // Advanced science. 2020. Vol. 7, N 11. P. 1903739. doi: 10.1002/advs.201903739
- Nguyen M., De Ninno A., Mencattini A., et al. Dissecting effects of anti-cancer drugs and cancer-associated fibroblasts by on-chip reconstitution of immunocompetent tumor microenvironments // Cell reports. 2018. Vol. 25:3884–3893. doi: 10.1016/j.celrep.2018.12.015
- Aref A.R., Campisi M., Ivanova E., et al. 3D microfluidic ex vivo culture of organotypic tumor spheroids to model immune checkpoint blockade // Lab on a Chip. 2018. Vol. 18. P. 3129–3143. doi: 10.1039/C8LC00322J
- Jenkins R.W., Aref A.R., Lizotte P.H., et al. Ex vivo profiling of PD-1 blockade using organotypic tumor spheroids // Cancer discovery. 2018. Vol. 8, N 2. P. 196–215. doi: 10.1158/2159-8290.CD-17-0833
- Moore N., Doty D., Zielstorff M., et al. A multiplexed microfluidic system for evaluation of dynamics of immune-tumor interactions // Lab on a Chip. 2018. Vol. 18. P. 1844–1858. doi: 10.1039/C8LC00256H
- Zervantonakis I.K., Hughes-Alford S.K., Charest J.L., et al. Three-dimensional microfluidic model for tumor cell intravasation and endothelial barrier function // Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA. 2012. Vol. 109. P. 13515–13520. doi: 10.1073/pnas.1210182109
- Agliari E., Biselli E., De Ninno A., et al. Cancer-driven dynamics of immune cells in a microfluidic environment // Scientific Reports. 2014. Vol. 4. P. 6639. doi: 10.1038/srep06639
- Biselli E., Agliari E., Barra A., et al. Organs on chip approach: a tool to evaluate cancer -immune cells interactions // Scientific Reports. 2017. Vol. 7. P. 12737. doi: 10.1038/s41598-017-13070-3
- Kitajima S., Ivanova E., Guo S., et al. Suppression of STING associated with Lkb1 loss in KRAS-driven lung cancer // Cancer Discovery. 2019. Vol. 9. P. 34–45. doi: 10.1158/2159-8290.CD-18-0689
- Businaro L., De Ninno A., Schiavoni G., et al. Cross talk between cancer and immune cells: exploring complex dynamics in a microfluidic environment // Lab on a Chip. 2013. Vol. 13. P. 229–239. doi: 10.1039/c2lc40887b
- Gong Z., Huang L., Tang X., et al. Acoustic droplet printing tumor organoids for modeling bladder tumor immune microenvironment within a week // Advanced healthcare materials. 2021. Vol. 10, N 22. P. 2101312. doi: 10.1002/adhm.202101312
- Shukla P., Yeleswarapu S., Heinrich M.A., Prakash J., Pati F. Mimicking tumor microenvironment by 3D bioprinting: 3D cancer modeling // Biofabrication. 2022. Vol. 14, N 3. doi: 10.1088/1758-5090/ac6d11
- Тимофеева С.В., Филиппова С.Ю., Ситковская А.О., и др. Биоресурсная коллекция клеточных линий и первичных опухолей ФГБУ НМИЦ онкологии Минздрава России // Кардиоваскулярная терапия и профилактика. 2022. Т. 21, № 11. С. 44–50. doi: 10.15829/1728-8800-2022-3397
- Кит О.И., Тимофеева С.В., Ситковская А.О., Новикова И.А., Колесников Е.Н. ФГБУ «НМИЦ онкологии» Минздрава России как ресурс для проведения исследований в области персонифицированной медицины // Современная Онкология. 2022. Т. 24, № 1. С. 6–11. doi: 10.26442/18151434.2022.1.201384
- Hermida M.A., Kumar J.D., Schwarz D., et al. Three dimensional in vitro models of cancer: Bioprinting multilineage glioblastoma models // Advances in biological regulation. 2020. Vol. 75, N 100658. doi: 10.1016/j.jbior.2019.100658
- Tang M., Xie Q., Gimple R.C., et al. Three-dimensional bioprinted glioblastoma microenvironments model cellular dependencies and immune interactions // Cell research. 2020. Vol. 30, N 10. P. 833–853. doi: 10.1038/s41422-020-0338-1
- Neufeld L., Yeini E., Reisman N., et al. Microengineered perfusable 3D-bioprinted glioblastoma model for in vivo mimicry of tumor microenvironment // Science advances. 2021. Vol. 7, N 34. doi: 10.1126/sciadv.abi9119
Дополнительные файлы
