Development of a three dimensional (3D) cell culturing system from electrospun polycaprolactone fibers for breast cancer cells and human dermal fibroblasts co-cultivation

Abstract: 3D-cellodling - ett steg närmare verkligen Den traditionella odlingen av celler sker i Petriskålar/flaskor. Detta system har varit och är fortfarande ett bra verktyg för att få en riktlinje och förstå hur celler, däribland även cancer celler, svarar på t.ex. behandlingar av olika substanser. Begränsningen med detta system är att cellerna växer i 2D, d.v.s. bara i ett lager bredvid varandra. Men i kroppen växer celler på ett mer komplext vis. Här växer de i 3D, de växer i alla möjliga riktningar, omgivna av nätverk av proteiner, det extra cellulära matrixet (ECM), som cellerna trivs och växer i. Denna 3D-miljö är svår att efterlikna i Petriskålar. Men forskningen har gått framåt! De senaste årtionden har forskare utvecklat olika metoder för att odla celler i 3D-system. Resultaten visar att celler odlade i 3D-system beter sig mer likt hur cellerna beter sig i kroppen när det kommer till många aspekter, t.ex. utseende, cell-cell kommunikation, differentiering, förökning, respons av stimulus och genuttryck. Målet med examensarbetet var att utveckla en 3D-metod för att kunna odla bröstcancerceller av typen JIMT-1 samt även normala celler som fibroblaster. Av djuretiska skäl används ”donor horse serum” (DHS) i mediet istället för fetalt kalvserum. Electrospinning användes för att skapa ett 3D nätverk av tunna plasttrådar. Dessa artificiella trådar härmar funktionen av kollagenfibrerna, ett protein som det finns mycket av i ECM. Vidare adderades ytterligare två ECM proteiner, nämligen fibronektin, som hjälper till att binda celler till kollagenfibrerna och hyaluronsyra, som bidrar till hållfasthet i ECM. Till detta 3D-system av fibrer och proteiner sattes celler. Humana JIMT-1-bröstcancerceller och humana hudfibroblaster odlades var för sig eller tillsammans i 3D-systemet. Cellerna färgades in och uttrycket av fyra olika proteiner (CD44, CD24, vimentin, och E-cadherin) undersöktes med hjälp av immunofluorescensmikroskopi. Målet var att hitta markörer som var specifika för de båda cellinjerna. För att undersöka cellernas växt i 3D and användes en metod som kallas kryosnittning för att få tunna skivor av kulturerna. Resultaten visar att det inte var nödvändigt att behandla med fibronektin vilket betyder att det fanns tillräckligt med fibronektin i mediet via DHS. Resultaten tyder på att hyaluronsyra har en positiv effekt men detta måste ytterligare bekräftas. Testen av fyra markörer visar att fibroblasterna uttryckte vimentin vilket inte JIMT-1-cellerna gjorde. JIMT-1-cellerna uttryckte däremot E-cadherin vilket inte fibroblasterna gjorde. Således var det möjligt att särskilja de två celltyperna när de odlades tillsammans. Möjligheterna att vidareutveckla systemet är flera. Fibrerna är naturligt hydrofoba och plasmabehandling skulle leda till att de blir hydrofila. Ytterliga celler som t.ex. immunceller kan adderas. Intressant vore att behandla med olika cellgifter för att undersöka hur de olika celltyperna reagerar samt om de normala cellerna påverkar cancercellerna. Advisors: Stina Oredsson, Fredrik Johansson Master’s Degree Project in Molecular Biology, 45 credits, 2016 Department of Biology, Lund University