Development of three-dimensional microenvironment to study glioblastoma cell behavior
No Thumbnail Available
Date
2021
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Marmara Üniversitesi Nörolojik Bilimler Enstitüsü
Abstract
Üç boyutlu (3B) kanser hücresi kültürü, kanser hücresi biyolojisi, hastalık modeli ve hastalığa tedaviye yanıtın anlaşılmasında önemli bir rol oynar. Bu nedenle, hücre dışı matrisi (ECM) ve tümöre özgü çoklu bileşenlerden oluşan in vitro 3B kanser hücre kültürü sadece tümör hücresi davranışlarını anlamak için değil, aynı zamanda kişiselleştirilmiş tıp yaklaşımları için tedaviye yanıtı veya ilaç kombinasyonlarına reaksiyonlarını tahmin etmek için bir platform sağlar.Gluconacetobacter xylinus tarafından hücre dışı olarak üretilen doğal bir nanofiber hidrojel olan bakteriyel selüloz (BC), bazı mükemmel özellikler gösterir. Yüksek mekanik mukavemet, kristallik ve geçirgenlik, süper su tutma kapasitesi, düşük bozunma hızı ve iyi biyouyumluluk gibi çekici özelliklere ek olarak BC, 3B doğal ECM ağına benzer fiber yapısı ve özellikle nanometre boyutunda fıber yapısına sahip olması açısından umut verici bir biyomateryaldir.Bu çalışmada, BC’un fermantasyon sırasında hyalüronik asit, kollajen, jelatin katkılı BC membran yapılarının oluşturulması ve bu membranların glioblastoma (GBM) için 3B hücre kültürü uygulamaları üzerinde potansiyelini araştırıldı. Ayrıca GBM tümör modelinin geliştirilmesi amacıyla doğal tümörle ilişkili nanotopografik heterojenliği taklit etmek için bakteriyel selüloz nanokristallerinin (BCNC) sentetik biyopolimer (polikaprolakton) ile hücresel bileşenleri içeren yeni üç boyutlu yapı iskelesinin elektroeğirme yöntemi ile üretilmesi ve bunların 3B hücre kültürü uygulamaları değerlendirildi. 3B iskeleler üzerinde GBM hücreleri (U251) kültürlendi ve hücre canlılığı, yapışma ve proliferasyon değerlendirildi. Kemoterapötik ajanın, bortezomib, terapötik etkileri, geleneksel iki boyutlu (2B) hücre kültürüne kıyasla 3B iskelelerde kültürlenen U251 GBM hücreleri üzerinde değerlendirildi. 2B hücre kültürlerinin aksine, tedaviden sonra BC esaslı iskeleler üzerinde kültürlenen GBM hücreleri bortezomib'in sitotoksik etkilerine karşı daha fazla direnç kazandığı görüldü.--------------------A three-dimensional (3D) cancer cell culture plays an important role in understanding cancer cell biology, disease model and treatment response to disease. Therefore, in vitro 3D cancer cell culture, consisting of ECM matrix and tumour specific multiple components, are required not only to understand tumour cell behaviors, but also provide a powerful tool to predict treatment response or reactions to drug combinations for personalized medicine approaches. Bacterial cellulose (BC), a natural nanofibrous hydrogel occurring polysaccharide is produced extracellularly by Gluconacetobacter xylinus, exhibits some excellent properties. In addition to attractive features such as high mechanical strength, crystallinity and permeability, super water-holding capacity, low degradation rate and good biocompatibility, BC is a promising biomaterial in view of its 3D network structure, and, in particular, the nanometer-scale fibers that is similar to natural extracellular matrix (ECM) network.The main objective of this study was to investigate the potential of in-situ modification method during fermentation for producing the formation of BC membrane structure with hyaluronic acid (HA), collagen (Col), gelatin (Gel) alone or in combination with HA/Col and HA/Gel composites and their performance as 3D cell culture applications for GBM. The potential application of the bacterial cellulose nanocrystals (BCNC) in combination with synthetic biopolymer (polycaprolactone) was evaluated to generate the novel three-dimensional bioengineered tumor model containing nanofiber network and cellular components that were fabricated to mimic the nanotopographic heterogeneity associated with the native tumour microenvironment.A human glioblastoma cell line (U251) was cultured in the BC-based scaffold and cell viability, adhesion and proliferation were evaluated. The therapeutic effects of bortezomib were evaluated on the U251 GBM cells, which were cultured on 3-dimensional scaffolds compared with conventional 2D cell culture. In contrast to 2D cell cultures, after treatment, GBM cells cultured on bacterial cellulose based scaffolds had acquired more resistance to the cytotoxic effects of bortezomib.
Description
Keywords
Neurosciences, Nörolojik bilimler, Bioengineering, Biyomühendislik