مطالعه مقایسه‌ای رشد و پاسخ دارویی سلول‌های Mcf7 و Mdamb231 سرطان پستان انسانی در کشت دو و سه بعدی

هدف: کشت سه بعدی سلولهای سرطانی، روشی است که در آن سلول‌ها فرصت رشد و ارتباط همه جانبه در یک فضای سه بعدی داشته و توده های سلولی با نام توموسفر ایجاد می‌کنند. در سالهای اخیر، توسعه مدل های توموری از سلول های سرطانی با به‌کارگیری روش های کشت سه بعدی به عنوان استراتژی دقیق و قابل اعتماد جهت مطالعه سلول های بنیادی سرطانی و شناسایی رویکردهای درمانی مبتنی بر سلول بنیادی سرطانی شناخته می شود. مدلهای سه بعدی در مقایسه با روش مرسوم کشت تک لایه، شباهت بیشتری به شراط درون تنی دارند. زیرا در مدلهای توموری، ریزمحیط توموری، تعاملات سلولسلول و سلولماتریکس خارج سلولی و شرایط هیپوکسی که لازمه بقا سلول های بنیادی سرطان است به خوبی بازتولید می شود. مدلهای توموری از طریق بکارگیری چندین گونه سلولی از جمله سلولهای سرطانی و استرومایی در ساخت، به خوبی قابلیت توسعه و بازتاب پیچیدگی بافتی را دارند که در چنین حالتی، حتی مدلی دقیقتر در بازتاب شرایط وقعی بدن محسوب می شوند. ازینرو در مطالعه حاضر، ساخت مدل سه بعدی سرطان پستان با هدف بررسی ارتباط رفتار سلولی با شرایط کشت (دوبعدی و سه بعدی)، مطالعه مقایسه‌ای رشد و پاسخ دارویی دو رده سلول سرطان پستان انسانی انجام شده است. مواد و روش ها: دو رده سلولی mcf7 و mdamb231 به صورت دو بعدی و سه بعدی (به دو شیوه کشت در سطح و کشت غوطه ور) بر روی داربست ماتریژل کشت داده شدند. فنوتیپ مولکولی سلول‌ها بر حسب مارکرهای سطحی با استفاده از روش فلوسایتومتری بررسی شد. رشد ماموسفرها در 12 روز دنبال و کنتیک رشد آنها مشخص شد. برای بررسی پاسخ دارویی دو داروی ضدسرطان اکتینومایسین دی و پکلی تاکسل مورد استفاده قرار گرفت. ابتدا مقادیر ic50 دو دارو برای رده های سلولی مورد مطالعه تعیین شد، سپس ماموسفرهای تولید شده با دوز مشخص دارو تیمار و اثر آنها بر رشد ماموسفرها دنبال شد. نتایج: دو رده سلولی mcf7 و mdamb231 که بهصورت دو بعدی و سه بعدی کشت داده شدند تفاوت معنیداری در فنوتیپ مولکولی نشان می‌دهند. به گونه ای که بنظر میرسد پس از کشت سه بعدی بیان مارکر سطحی cd44 بطور قابل توجهی کاهش داشته است. از طرفی ویژگی‌های رشدی سلولهای مورد مطالعه در دو حالت مختلف کشت سه بعدی اختلاف قابل توجهی نشان می‌دهند. مطالعات پاسخ دارویی نیز به‌طور مشابه گویای اختلاف پاسخ دارویی در شرایط کشت دو بعدی و سه بعدی است به گونه ای که اثر مهارکنندگی داروی پکلی‌تاکسل در مقایسه با داروی اکتینومایسین دی، در شرایط کشت سه بعدی کاهش داشته است. علاوه بر آن نتایج نشان می‌دهند که دو رده mcf7 و mdamb231 نیز پاسخ دارویی متفاوتی دارند که میتواند متاثر از فنوتیپ مولکولی متفاوت آنها باشد. نتیجه گیری: در مجموع نتایج حاصل از پژوهش انجام شده, موید این نکته است که فنوتیپ مولکولی سلول‌های سرطانی، ویژگی‌های رشدی و پاسخ دارویی آنها بهشدت متاثر از نوع رده سلولی مورد مطالعه، شیوه کشت آنها و نوع داروی بهکار رفته است. بنابراین انجام هرچه دقیق‌تر مطالعات سرطانی مستلزم دستیابی به مدلی است که بیشترین شباهت را با تومور مربوطه در بدن داشته باشد.

The comparative study of growth and drug response of MCF7 and MDAMB231 human breast cancer cells in two and threedimensional culture

Aim: The threedimensional (3D) culture of cancer cells is a method that provides the possibility for growth and comprehensive communication of cells in a 3D space, leading to the generation of tumorspheres. In recent years, developing tumor models from cancer cells by using the 3D cell culture method has attracted a lot of attention because it has been introduced as an accurate and reliable strategy for studying cancer stem cells (CSCs) and CSCbased therapeutics. The 3D tumor models in comparison to the monolayer culture (twodimensional (2D) culture) of cells more resemble in vivo conditions. Because in tumor models, the tumor microenvironment, cell to cell and cell to extracellular matrix interactions and hypoxia condition, which is necessary for the survival of CSCs, are well reproduced. Through the use of several types of cells, including cancer and stromal cells, tumor models have the ability to develop and reflect the complexity of the tissue of interest, which in such a case, are even more accurate models in reflecting the biochemical and physical conditions of the body. Therefore, in the present study, the 3D model of breast cancer has been constructed with the aim of investigating the relationship between the cell behavior and the cell culture conditions (2D and 3D), and a comparative study of the growth and drug response of the two human breast cancer cell lines; MCF7, and MDAMB231. Material and Methods: The two breast cancer cell lines, MCF7, and MDAMB231, were cultured in 2D and 3D (in two modes; on top and embedded) on the Matrigelbased scaffold. The molecular phenotype of cells based on surface markers was examined by flow cytometry. Mammosphere growth was followed in 12 days and their growth kinetics was determined. To evaluate the drug response of cells, two anticancer drugs; actinomycin D and paclitaxel were applied. Primarily, the IC50 values of the two drugs were evaluated, then the generated mammospheres were treated at the indicated dose of the drugs, and their effect on the growth of the mammospheres was followed.Results: The MCF7 and MDAMB231 cell lines cultured in 2 and 3D, showed a significant difference in their molecular phenotypes. So, it seems that the expression of CD44 has significantly decreased.  On the other hand, the growth rate of cells in two different modes of 3D culture; on to and embedded, is different. Likely, the drug response evaluation shows a significant difference in 2D and 3D culture, so that the inhibitory effect of paclitaxel compared to actinomycin D has decreased in 3D culture. In addition, the results show that MCF7 and MDAMB231 have different drug responses, which can be affected by their different molecular phenotypes. Conclusion: The results of the study confirm that the molecular phenotype of cancer cells, their growth, and drug response are strongly affected by the type of the understudied cell lines, the cell culture method, and the applied drug. Consequently, conducting cancer studies as accurately as possible requires obtaining a model that is most similar to the corresponding tumor in the body.