Engineering target tissue in lab-on-a-chip devices for predicting homing choices of metastatic cancer

Abstract

The metastatic cascade of cancer results in the extravasation of the tumor to other parts of the body. Metastasis is the leading cause of cancer related deaths. Breast cancer is the most common cancer in women, and lung is one of the organs with the most metastasis. For this reason, it is critical to engineer a tissue microenvironment that includes complex cell-cell interactions with co-culture of endothelial, epithelial and stromal cells, and the invasion and extravasation steps of metastasis can be observed for early diagnosis of metastasis. Vascularization is the critical step for engineering the tissues. The in vitro models used today are insufficient to create the tissue environment closest to in vivo conditions. Recently developed lab-on-a-chip platforms provide suitable environments for mimicking the in vivo structure in tissue engineering studies. In this research: -Different lab-on-a-chip devices fabricated to engineer breast and lung target tissues. -For the first time, epithelial, fibroblast and endothelial cells were tri-cultured and breast and lung tissue environments were engineering with microvasculature. -Different gel, media and cell numbers have been optimized for engineering of breast and lung tissue environments with microvascularization. -Different matrix environments have been optimized to observe invasion and/or extravasation steps separately or together.

Kanserin metastatik kaskadı, tümörün vücudun diğer bölgelerine yayılması ile sonuçlanır. Metastaz, kansere bağlı ölümlerin önde gelen nedenidir. Meme kansere kadınlarda en sık görülen kanser olup akciğer, metastazının en çok görüldüğü organlardan biridir. Bu sebeple metastazın erken tanısı için metastazın invazyon ve ekstravazasyon basamaklarının gözlenebileceği, endotel, epitel ve stromal hücrelerinin ko-kültürü ile kompleks hücre-hücre etkileşimlerini içerecek doku mikroçevresinin oluşturulabilmesi kritik önem taşımaktadır. Damarlanma doku mühendisliği için krtik bir adımdır. Günümüzde kullanılan in vitro modeller, in vivo koşullara en yakın doku ortamının oluşturulması için yetersiz kalmaktadır. Son yıllarda gelişen yonga-üstü-labratuvar ortamları in vivo yapıyı taklit etmek ve doku mühendisliği çalışmaları için uygun ortamlar sağlamaktadır. Bu çalışmada: -Meme ve akciğer hedef dokularının üretilmesi için farklı yonga-üstü-laboratuvar cihazları üretilmiştir. -İlk defa epitel, fibroblast ve endotel hücrelerinin tri-kültürü gerçekleştirilerek mikrodamarlanma ile birlikte meme ve akciğer doku ortamları oluşturulmuştur. -Meme ve akciğer doku ortamlarının mikrodamarlanma ile birlikte oluşturulması için farklı jel ortamları ve hücre sayıları optimize edilmiştir. -İnvazyon ve ekstravazasyon basamaklarının ayrı ayrı ve birlikte gözlemlenebilmesi için matriks ortamları optimize edilmiştir.