基質の剛性は、in vitroでの抗腫瘍薬スクリーニングの結果に影響します

基質の剛性は、in vitro腫瘍の増殖において重要な役割を果たすことが証明されています。ただし、抗腫瘍薬物スクリーニングに関する薬理学的研究は、通常のプラスチック培養プレートで依然として日常的に行われています。この記事では、異なる剛性（それぞれ模倣する関節軟骨、コラーゲン骨および乳腺腫瘍）を持つポリジメチルシロキサン（PDMS）基質を使用して、in vitro薬物スクリーニングプラットフォームの機械的微小環境を確立しました。典型的な抗腫瘍薬、シスプラチン、タキソールに対するMCF-7細胞の応答に対する剛性の影響を研究しました。結果は、両方の処理でMCF-7細胞に対するIC50値が剛体基質上で有意に減少し（P <0.01）、軟質基質上のMCF-7細胞が抗腫瘍薬の細胞毒性に対する耐性があることを示していることが示されました。薬物細胞毒性に対する剛体基質上のMCF-7細胞の感度は、細胞周期の進行の増加に起因しており、従来のスクリーニングアプローチによってin vitroで効果的であることが証明されている薬剤は、in vivoでの軟体環境では非効率的である可能性があることを意味します。重要な機械的要因としての基質の剛性は、in vitroで抗腫瘍剤のスクリーニングを懸念するべきであると結論付けています。外挿として、広範囲に使用される薬物スクリーニングシステムを再評価して再設計する必要があります。

Substrate stiffness has been proven to play a critical role in vitro tumor proliferation; however, pharmacological studies on antitumor drug screening are still routinely carried out in regular plastic culture plates. In the article, polydimethylsiloxane (PDMS) substrates with different stiffness (mimicking articular cartilage, collagenous bone and mammary tumor respectively) and plastic substrate were employed to establish the mechanical microenvironment for the in vitro drug screening platform. We studied the influences of stiffness on the responses of MCF-7 cells to typical antitumor drugs, cisplatin and taxol. Results showed that for both the treatment IC50 value to MCF-7 cells decreased significantly (p < 0.01) on the rigid substrate, indicating that MCF-7 cells on soft substrate have a resistance to cytotoxicity of antitumor drugs. The sensitivity of MCF-7 cells on rigid substrate to drug cytotoxicity was attributed to the increased cell cycle progression, implying that agents proven to be effective in vitro by conventional screening approach might be inefficient in a soft microenvironment in vivo. We conclude that stiffness of the substrates, as a critical mechanical factor, should be concerned for screening antitumor agents in vitro. As an extrapolation, the extensively used drug screening system needs to be revalued and redesigned.