3Dシフェロイド腫瘍細胞に対するドキソルビシンのリアルタイムでの影響を監視する

最近、3Dスフェロイドを使用した細胞培養実験の数が増えているため、従来の2D細胞培養システムよりもin vivoのより良い相関結果が得られました。3Dスフェロイドは、細胞外マトリックスの生産など、天然組織の多くの特性を示すシンプルで非常に再現可能なモデルを提供できます。この論文では、球形を形成して維持する能力に応じて、多数の細胞株がスクリーニングおよび選択されました。次に、選択したスフェロイドの完全性と生存率に対するドキソルビシン（DXR）の濃度の増加の影響を、定期的に、リアルタイムで測定しました。合計12の細胞株、腺癌肺胞基底上皮（A549）、筋肉（C2C12）、前立腺（DU145）、精巣（F9）、下垂体上皮様（GH3）、子宮頸がん（HELA）、HELA汚染物質（HEP2）、胚性（NIH3T3）、胚（PA317）、神経芽細胞腫（SH-SY5Y）、骨肉腫U2OS、および胚性腎細胞（293T）をスクリーニングしました。12、8細胞株のうち、NIH3T3、C2C12、293T、SH-SY5Y、A549、HELA、PA317、およびU2OSは通常のスフェロイドを形成し、これらの構造に対するDXRの効果を定期的に測定しました。最後に、5つの細胞株、A549、HELA、SH-SY5Y、U2OS、および293Tがリアルタイムモニタリングのために選択され、DXR治療の行動に対する影響は5日間継続的に記録されました。DXRのスフェロイド生存率とATP産生に対する効果に関する潜在的な相関関係は、1、3、および5日目に測定されました。DXRの細胞毒性は、細胞活性とATP生産が治療の1日後も実行可能であるため、エンドサイトーシス後に発生したようです。すべてのスフェロイドで、sh-sy5yを除く。細胞活性とATP産生の両方は、すべてのスフェロイドで治療開始から3日および5日間停止しました。すべての細胞株は、shsh-5を除き、球状の形状を維持しました。これは、dxrの毒性濃度にさらされると予測不可能な方法で動作しました。すべての細胞が細胞死により紡錘体から分解されたため、SH-SY5Yに対するDXRの細胞毒性効果は細胞外マトリックスの分解を引き起こすように見えました。一方、293tのスフェロイドは、実験全体でDXR治療時に遅延細胞活性とATP生産を明らかにしました。293Tは胚性腎臓細胞であるため、高速クリアランスまたは中和によりDXRに対して耐性がある可能性がありました。結論として、2Dシステムからの同じ程度の感度は3D培養システムに変換されず、2Dシステムよりも高いIC50値をもたらしました。さまざまな感受性と薬物に対する耐性は、3D細胞培養システムでよりよく理解される可能性があります。

Recently, increasing numbers of cell culture experiments with 3D spheroids presented better correlating results in vivo than traditional 2D cell culture systems. 3D spheroids could offer a simple and highly reproducible model that would exhibit many characteristics of natural tissue, such as the production of extracellular matrix. In this paper numerous cell lines were screened and selected depending on their ability to form and maintain a spherical shape. The effects of increasing concentrations of doxorubicin (DXR) on the integrity and viability of the selected spheroids were then measured at regular intervals and in real-time. In total 12 cell lines, adenocarcinomic alveolar basal epithelial (A549), muscle (C2C12), prostate (DU145), testis (F9), pituitary epithelial-like (GH3), cervical cancer (HeLa), HeLa contaminant (HEp2), embryo (NIH3T3), embryo (PA317), neuroblastoma (SH-SY5Y), osteosarcoma U2OS, and embryonic kidney cells (293T), were screened. Out of the 12, 8 cell lines, NIH3T3, C2C12, 293T, SH-SY5Y, A549, HeLa, PA317, and U2OS formed regular spheroids and the effects of DXR on these structures were measured at regular intervals. Finally, 5 cell lines, A549, HeLa, SH-SY5Y, U2OS, and 293T, were selected for real-time monitoring and the effects of DXR treatment on their behavior were continuously recorded for 5 days. A potential correlation regarding the effects of DXR on spheroid viability and ATP production was measured on days 1, 3, and 5. Cytotoxicity of DXR seemed to occur after endocytosis, since the cellular activities and ATP productions were still viable after 1 day of the treatment in all spheroids, except SH-SY5Y. Both cellular activity and ATP production were halted 3 and 5 days from the start of the treatment in all spheroids. All cell lines maintained their spheroid shape, except SHSY-5, which behaved in an unpredictable manner when exposed to toxic concentrations of DXR. Cytotoxic effects of DXR towards SH-SY5Y seemed to cause degradation of the extracellular matrix, since all cells were dismantled from the spheroid upon cell death. On the other hand, 293T spheroids revealed retarded cellular activity and ATP productions upon DXR treatment throughout the experiment. Since 293T was the embryonic kidney cells, the fast clearance or neutralizations could have made them resistant towards DXR. In conclusion, the same degree of sensitivity from the 2D system did not translate to a 3D culture system, resulting in higher IC50 values than the 2D system. The varying sensitivities and tolerances to drugs could be better understood with a 3D cell culture system.