Comparison od side effects of anti-cancer drugs in 2D and 3D and, classical and cell-on-a-chip cultures

Abstract

The studies that aim to assess the effects of drugs developed against cancer at the cellular level use multiwell plates. However, these classical systems fail to reproduce the in-vivo like microenvironment necessary for realistic assessment. In addition, classical cell culture systems use high amount of materials increasing cost. On the other hand, lab-on-a-chip systems use minimal volumes of reagents and more importantly can mimic the in-vivo microenvironment via spatial and temporal control. Furthermore, it is known that cell response to drugs can be very different in 2D and 3D cell culture setups. Doxorubicin is a widely used anticancer drug. Here, doxorubicin uptake by highly metastatic human breast cancer cell line MDA-MB-231 and normal mammary epithelial cell line MCF10A were investigated using 2D and 3D, classical and cell-on-a-chip cultures. Drug uptake at 24, 48 and 72 hours various concentrations of the drug determined by measuring signal intensities from fluorescence microscopy images of cells. For cell viability assay, cells were stained with dapi and two cell lines were compared in systems. According to results, it was observed that 3D cell culture environment in chip provides more in-vivo like environment with less reagent consumption and cell viability is not correlated only with drug uptake.

Kansere karşı geliştirilen ilaçların etkilerinin incelenebilmesi için hücresel düzeyde yapılan çalışmalar çoklu kuyucuklar kullanılarak yapılmaktadır. Ancak bu klasik sistemler gerçekçi denemeler için gerekli in-vivo benzeri mikroçevre oluşturmakta başarısız olmaktadırlar. Ayrıca klasik hücre kültürü sistemleri artan maliyetlerle yüksek miktarda malzeme kullanmaktadır. Diğer yandan çip-üzeri-laboratuvar sistemleri minimum reaktif hacmi kullanmakta ve daha önemlisi in-vivo mikroçevreyi boyutsal ve zamansal taklit edebilmektedir. Dahası hücrelerin ilaca karşı karşılıklarının 2B ve 3B hücre kültürü denemelerinde değiştiği bilinmektedir. Doksorubisin yaygın olarak kullanılan bir antikanser ilacıdır. Bu çalışmada, yüksek oranda metastatik insan meme kanseri hücre hattı MDA-MB-231 ve normal meme epitel hücre hattı MCF10A tarafından ilaç alımı 2B ve 3B, klasik ve çip-üzeri-hücre kültüründe araştırılmıştır. Farklı ilaç dozlarının 24, 48 ve 72. saatlerde alımı hücrelerin floresan mikroskobundaki resimlerinden sinyal yoğunluğu ölçülerek hesaplanmıştır.Hücre canlılığı analizi için hücreler dapi ile boyanmış ve iki hücre hattı bu sistemler içerisinde karşılaştırılmıştır. Sonuçlara göre, çip içerisindeki 3B hücre kültürü ortamın daha az reaktif tüketimiyle birlikte daha çok in-vivo benzeri ortamın sağladığı ve hücre canlılığının sadece ilaç alımıyla orantılı olmadığı gözlenmiştir.