Ein biomimetisches Modell für Leberkrebs zur Untersuchung von Tumor-Stroma-Wechselwirkungen in einer 3D-Umgebung mit tunablen biophysikalischen Eigenschaften

Hepatozelluläres Karzinom (HCC) ist ein primärer Lebertumor, der sich im Gefolge einer chronischen Lebererkrankung entwickelt. Chronische Lebererkrankungen und Entzündungen führen zu einer fibrotischen Umgebung, die die Hepatocarcinogenese aktiv unterstützt und antreibt. Einsicht in die Hepatokarzinogenese im Hinblick auf das Zusammenspiel von Tumorstroma-Mikro-Umgebung und Tumorzellen ist daher von erheblicher Bedeutung. Dreidimensionale (3D) Zellkulturmodelle werden als fehlendes Bindeglied zwischen aktuellen in vitro 2D-Zellkulturmodellen und in vivo-Tiermodellen vorgeschlagen. Unser Ziel war es, ein neuartiges 3D-biomimetisches HCC-Modell mit begleitendem fibrotischen Stromfach und Vaskulatur zu entwerfen. Physiologisch relevante Hydrogele wie Kollagen und Fibrinogen wurden eingebaut, um die biophysikalischen Eigenschaften des Tumors ECM nachzuahmen. In diesem Modell wurden LX2- und HepG2-Zellen, die in eine Hydrogelmatrix eingebettet sind, auf den invertierten Transmembraneinsatz gesetzt. HUVEC-Zellen wurden dann auf die gegenüberliegende Seite der Membran gesät. Drei Formulierungen, bestehend aus ECM-Hydrogelen, die mit Zellen eingebettet sind, wurden hergestellt und die biophysikalischen Eigenschaften wurden durch Rheologie bestimmt. Die Zelllebensfähigkeit wurde durch einen Zelllebensfähigkeitstest über 21 Tage bestimmt. Die Wirkung des Chemotherapeutikums Doxorubicin wurde sowohl in der 2D-Kokultur als auch in unserem 3D-Modell für einen Zeitraum von 72h bewertet. Rheologie-Ergebnisse zeigen, dass biophysikalische Eigenschaften einer fibrotischen, zirrhose und HCC-Leber erfolgreich nachgeahmt werden können. Insgesamt deuten die Ergebnisse darauf hin, dass dieses 3D-Modell repräsentativer für die In-vivo-Situation im Vergleich zu herkömmlichen 2D-Kulturen ist. Unser 3D-Tumormodell zeigte eine verminderte Reaktion auf Chemotherapeutika und imitierte die Arzneimittelresistenz, die typischerweise bei HCC-Patienten zu beobachten ist.