Detection of the metastatic potential of breast cancer cell lines to specific target tissues

Abstract

Breast cancer is one of the most frequently diagnosed cancer types and the second leading cause of cancer-associated deaths in women. Breast cancer begins as a local disease which can then metastasize to distant sites specifically to bone, lung and liver. The increasing rate of the metastasis-related deaths asserts the need to develop in vitro diagnostic strategies representing in vivo properties better. In this study, two different lab-on-a-chip (LOC) platforms, IC- and EX-chips, were used to detect the invasion and extravasation potentials, respectively, of breast cancer cells to 3D in vitro generated bone, lung, liver and breast microenvironments. The metastatic MDAMB231, but not non-metastatic MCF7 breast cancer cells showed higher invasion and extravasation potentials towards lung and liver microenvironments than breast microenvironment. Lung-specific but not bone-specific metastatic subclonal cells invaded significantly towards lung microenvironment. On the other hand, an intensive invasion was observed in bone-specific but not lung-specific metastatic subclonal cells towards bone microenvironment demonstrating different in vivo metastatic behaviors of breast cancer cells. Overall, the tissue-specific invasion and extravasation capacities of breast cancer cells were demonstrated with IC- and EX-chips where the physiologically more relevant bone, lung, liver and breast homing target sites were generated by a specific emphasis on ECM components, stromal cells and secreted factors. This study is important in providing a basis for the development of diagnostic tools and precision therapeutics for breast cancer metastasis.

Meme kanseri, en sık teşhis edilen kanser türlerinden biridir ve kadınlarda kansere bağlı ölümlerin ikinci önce gelen nedenidir. Lokal bir hastalık olarak başlayan meme kanseri, daha sonra uzak bölgelere, özellikle kemik, akciğer ve karaciğere metastaz yapabilir. Metastaza bağlı ölümlerin artan oranı, in vivo özellikleri daha iyi temsil eden in vitro tanı stratejileri geliştirme ihtiyacını ortaya koymaktadır. Bu çalışmada, meme kanseri hücrelerinin 3B in vitro olarak oluşturulmuş kemik, akciğer, karaciğer ve meme mikroortamlarına olan invazyon ve ekstravazasyon potansiyellerinin tespiti için IC-çip ve EX-çip olmak üzere iki farklı lab-on-a-chip (LOC) platformu kullanılmıştır. Metastatik MDAMB231 meme kanseri hücreleri, akciğer ve karaciğer mikroortamlarına meme mikroortamına göre daha yüksek invazyon ve extravazasyon potansiyelleri gösterirken, metastatik olmayan MCF7 meme kanseri hücrelerinde bu yönelimler görülmemiştir. Akciğere özgü metastaz yapan meme kanseri hücrelerinin akciğer mikro ortamına doğru önemli ölçüde invazyon yapması, kemiğe özgü metastaz yapan meme kanseri hücrelerinin ise kemik mikro ortamına yoğun invazyon göstermesiyle, meme kanseri hücrelerinin farklı in vivo metastatik davranışları ortaya konulmuştur. Genel olarak, IC- ve EX- çipleri sayesinde, meme kanseri hücrelerinin dokuya özgü invazyon ve ekstravazasyon kapasiteleri özellikle matriks bileşenlerinin, stromal hücrelerinin ve salgılanan faktörlerin önemi vurgulanarak gösterilmiştir. Bu çalışma, meme kanseri metastazı için teşhis kitleri ve hassas terapötiklerin geliştirilmesi için bir temel oluşturması açısından önemlidir.