Multi-organ-on-a-chip for cancer drug testing

Abstract

Cancer is one of the devastating and fatal severe diseases worldwide that kills millions of people every year. Globally cancer is the second leading cause of death after cardiovascular disease and was responsible for 10 million deaths in 2020. Breast cancer is one of the predominant cancers in females and is the cause of more than half a million females death each year. The primary cause of cancer patients' death is cancer metastasis. Triple-negative BREAST cancer (TNBC) is mainly treated by chemotherapy. In the current drug discovery and development processes, the efficacy and toxicity of chemotherapies identify using 2D and animal testing but not simulating the in vivo microenvironment. This research designed multiorgan-on-a-chip with liver and breast cell line compartments, and drug PKPD modeling was done by Monolix software. In this research, a unique multiorgan-on-a-chip (MOC) was designed and fabricated, generated experimental PK and PD data using the new MOC device, and modeled and simulated PK and PD using the experimental data. To conclude, we developed a new multiorgan-on-a-chip (MOC) platform used for PKPD modeling and PKPD simulations that would be helpful in the preclinical research to evaluate the effectiveness and toxicity of drugs. In the future, using calceinAM, a fluorescent cell viability dye, generating PD data for each cell type and determining side effects of doxorubicin in each cell line is essential. Adding more organs to the MOC, such as heart tissue, to study the cytotoxicity of doxorubicin in different organs gives more efficient data for PKPD modeling.

Kanser, dünya çapında her yıl milyonlarca insanı öldüren yıkıcı ve ölümcül ciddi hastalıklardan biridir. Küresel olarak kanser, kardiyovasküler hastalıklardan sonra ikinci önde gelen ölüm nedenidir ve 2020'de 10 milyon ölümden sorumludur. Meme kanseri, kadınlarda en sık görülen kanserlerden biridir ve her yıl yarım milyondan fazla kadının ölümüne neden olmaktadır. Kanser hastalarının ölümünün birincil nedeni kanser metastazı. Üçlü negatif MEME kanseri (TNBC) esas olarak kemoterapi ile tedavi edilir. Mevcut ilaç keşif ve geliştirme süreçlerinde, kemoterapilerin etkinliği ve toksisitesi, 2D ve hayvan testleri kullanılarak belirlenir, ancak in vivo mikro ortamı simüle edilmez. Bu araştırma, karaciğer ve göğüs hücre hattı bölmeleri ile çip üzerinde multiorgan tasarladı ve ilaç PKPD modellemesi Monolix yazılımı tarafından yapıldı. Bu araştırmada, benzersiz bir çip üzerinde çoklu organ (MOC) tasarlandı ve üretildi, yeni MOC cihazı kullanılarak deneysel PK ve PD verileri oluşturuldu ve deneysel veriler kullanılarak PK ve PD modellendi ve simüle edildi. Sonuç olarak, ilaçların etkinliğini ve toksisitesini değerlendirmek için klinik öncesi araştırmalarda yardımcı olacak PKPD modellemesi ve PKPD simülasyonları için kullanılan yeni bir çip üzerinde çoklu organ (MOC) platformu geliştirdik. Gelecekte, bir floresan hücre canlılığı boyası olan calceinAM'ın kullanılması, her hücre tipi için PD verilerinin üretilmesi ve her hücre hattında doksorubisinin yan etkilerinin belirlenmesi esastır. Doksorubisinin farklı organlarda sitotoksisitesini incelemek için kalp dokusu gibi MOK'ye daha fazla organ eklemek, PKPD modellemesi için daha verimli veriler sağlar.