Investigation of metastatic potential of breast cancer cells in lung-on-a-chip

Abstract

Meme kanseri kadınlar arasında en sık görülen kanser olup, dünya çapında kansere bağlı ölümlerin önde gelen ikinci nedenidir. Mortaliteye katkıda bulunan birincil faktör ise metastazdır. Üçlü negatif meme kanseri, akciğerlere metastaz yapma eğilimi gösterir. Bununla birlikte akciğerler, meme kanseri metastazlarının en yaygın hedeflerinden biri olarak tanımlanır. Bu yüzden, akciğere özgü metastatik hareketi yöneten kesin mekanizmaları incelemek, akciğer fizyolojisini ve yapısını gerçekten karşılayabilen bir 3 boyutlu akciğer modelini gerektirir. Bu çalışma, MDA-MB-231 meme kanseri hücrelerinin metastatik davranışını ve bunların, yeni bir biyopsi delme tekniği ile oluşturulan 3 boyutlu akciğer modeli içerisinde tümörle ilişkili makrofajların (TAM'ler) etkisini araştırmaktadır. Elde edilen delinmiş akciğer dokuları, akciğer çalışmaları için hibrit bir 3 boyutlu kültür modeli sunan mikrofizyolojik sistemlere entegre edilir. Bu araştırmanın temel bulguları, biyopsi yumruklarının doku bütünlüğünü koruma ve tutarlı bir boyut dağılımı sağlama konusundaki etkinliğini ortaya koymaktadır. Ayrıca çalışma, biyopsi uygulanmış akciğer dokularının 72 saate kadar canlılığını koruyabildiğini de ortaya koymaktadır. En önemlisi, MDA-MB-231 hücreleri, farklılaşmış U-937 hücrelerinin varlığında gözlenen daha da büyük bir göçle delinmiş akciğer dokularını istila etme konusunda önemli bir kapasite sergiler. Bu bulgular, meme kanseri hücrelerinin metastatik potansiyeli hakkında değerli bilgiler sağlar ve TAM'lerin, 3 boyutlu akciğer mikro ortamında kanser ilerlemesine olan yardımcı rolünün önemini vurgular. Bu yeni doku kültürü tekniği, kanser metastazı, hassas tıp ve tümör-mikroçevre etkileşimlerini incelemek için yeni bir araştırma tekniği ortaya koymaktadır.

Breast cancer stands as the most prevalent cancer among women and ranks as the second leading cause of cancer-related fatalities globally. The primary contributor to mortality is metastasis. Triple negative breast cancer exhibits a tendency to metastasize to the lungs, as lungs identified as one of the most common targets of breast cancer metastases. However, to study the precise mechanisms governing this organ-specific metastatic pattern requires a sophisticated 3D lung model, which can truly recapitulate lung physiology and architecture. This study explores the metastatic behaviour of MDA-MB-231 breast cancer cells and their interaction with tumour-associated macrophages (TAMs) within a 3D lung model created through a novel biopsy punch technique. The obtained punched lung tissues are integrated into microphysiological systems presenting a hybrid 3D culture model for lung studies. The key findings of this research reveal the effectiveness of biopsy punches in preserving tissue integrity and ensuring a consistent size distribution. Additionally, the study demonstrates the viability of lung tissues for up to 72 hours. Most notably, MDA-MB-231 cells exhibit a significant capacity to invade the punched lung tissues with even greater infiltration observed in the presence of differentiated U-937 cells. These findings provide valuable insights into the metastatic potential of breast cancer cells and highlight the importance of TAMs in facilitating cancer progression within a 3D lung microenvironment. This novel tissue culture technique opens new avenues for studying cancer metastasis, precision medicine and tumour-microenvironment interactions.