Lab-on-a-chip devices for drug screening

Abstract

Breast cancer is one of the cancers with the highest incidence and mortality rates in women in Turkey as well as in the world. Tumor micro environment comprises of cancer and normal cells, extracellular matrix, soluble biological and chemical factors. Research has shown that cell shape, adhesion, migration, response to growth factors and drugs are different in 2D and 3D culture. Today, only 8 out of 100 anti-cancer clinical trial gives effective results. 3D cell culture systems have shown to be a necessary step between in vitro, in vivo and clinical studies. Therefore, it is necessary to better understand the interactions of cancer cells with their micro environment, for which new cell culture setups are required. The most apparent disadvantage of widely used 3D cell culture setups is the lack of stromal cells. The systems to be developed should both provide a 3D environment and comprise multiple cell types. The drug screen in 3D tri-culture method with a lab-on-a-chip device, that will be developed in this study will be able to answer these needs. Cell lines that represent different breast cancer types alone or together with stromal cells were cultured in 3D in the to be developed lab-on-a-chip; by determining the effects of drugs with different targets on the viability and distribution of cells, a drug screening method is developed.

Meme kanseri dünyada olduğu gibi dünyada ve Türkiye’de de kadınlarda en sık görülen ve ölüm oranı en yüksek olan kanser çeşitlerindendir. Tümör mikroçevresi, sağlıklı ve kanserli hücreleri, hücredışı matriksi, çözünür halde biyolojik faktörleri ve kimyasal etkenleri içerir. Araştırmalar hücre şekli, yapışması, hareketi, büyüme etkenlerine tepki ve ilaçlara karşı direncin, iki ve üç boyutlu düzeneklerde farklı olduğunu göstermiştir. Günümüzde kansere karşı yapılan 100 klinik deneyden sadece 8’i etkili sonuç vermektedir. 3B hücre kültürü sistemlerinin ise, tüpte, canlıda ve klinikte yapılan çalışmalar arasında çok gerekli bir adım oldukları gösterilmiştir. Bu yüzden, kanserin mikroçevresi ile olan etkileşiminin çok daha iyi anlaşılması, bunun için de yeni hücre kültürü düzenekleri gerekmektedir. Yaygın olarak kullanılan 3B düzeneklerin en belirgin eksik yönü, destek doku hücrelerinin kullanılmamasıdır. Geliştirilecek sistemler hem 3B ortam sağlamalı hem de birden fazla hücre çeşidi içermelidir. Bu çalışmada geliştirilen yonga-üstü-laboratuvar aygıtı ile 3B ve üçlü kültürde ilaç tarama yöntemi bu ihtiyaçlara cevap verebilecektir. Farklı çeşitlerde meme kanserlerini temsil eden hücre hatları tek başlarına ve destek doku hücreleri ile beraber, geliştirilen yonga-üstü-laboratuvar aygıtında 3B kültürlenerek; farklı hedefleri olan ilaçların hücrelerin canlılıklarına ve dağılımlarına etkileri belirlenerek bir ilaç tarama yöntemi geliştirilmiştir.