Modeling Metastatic Colonization in a Decellularized Organ Scaffold-Based Perfusion Bioreactor.
cancer metastasis
experimental methods
extracellular matrix
specialized bioreactors
Journal
Advanced healthcare materials
ISSN: 2192-2659
Titre abrégé: Adv Healthc Mater
Pays: Germany
ID NLM: 101581613
Informations de publication
Date de publication:
01 2022
01 2022
Historique:
revised:
25
10
2021
received:
09
04
2021
pubmed:
5
11
2021
medline:
11
1
2022
entrez:
4
11
2021
Statut:
ppublish
Résumé
Metastatic cancer spread is responsible for most cancer-related deaths. To colonize a new organ, invading cells adapt to, and remodel, the local extracellular matrix (ECM), a network of proteins and proteoglycans underpinning all tissues, and a critical regulator of homeostasis and disease. However, there is a major lack in tools to study cancer cell behavior within native 3D ECM. Here, an in-house designed bioreactor, where mouse organ ECM scaffolds are perfused and populated with cells that are challenged to colonize it, is presented. Using a specialized bioreactor chamber, it is possible to monitor cell behavior microscopically (e.g., proliferation, migration) within the organ scaffold. Cancer cells in this system recapitulate cell signaling observed in vivo and remodel complex native ECM. Moreover, the bioreactors are compatible with co-culturing cell types of different genetic origin comprising the normal and tumor microenvironment. This degree of experimental flexibility in an organ-specific and 3D context, opens new possibilities to study cell-cell and cell-ECM interplay and to model diseases in a controllable organ-specific system ex vivo.
Identifiants
pubmed: 34734500
doi: 10.1002/adhm.202100684
doi:
Substances chimiques
Proteoglycans
0
Types de publication
Journal Article
Research Support, Non-U.S. Gov't
Langues
eng
Sous-ensembles de citation
IM
Pagination
e2100684Informations de copyright
© 2021 The Authors. Advanced Healthcare Materials published by Wiley-VCH GmbH.
Références
D. E. Discher, P. Janmey, Y. L. Wang, Science 2005, 310, 1139.
J. D. Humphries, A. Byron, M. J. Humphries, J. Cell Sci. 2006, 119, 3901.
R. O. Hynes, A. Naba, Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 2012, 4, a004903.
R. V. Iozzo, M. A. Gubbiotti, Matrix Biol. 2018, 71, 1.
J. Winkler, A. Abisoye-Ogunniyan, K. J. Metcalf, Z. Werb, Nat. Commun. 2020, 11, 5120.
K. R. Levental, H. Yu, L. Kass, J. N. Lakins, M. Egeblad, J. T. Erler, S. F. T. Fong, K. Csiszar, A. Giaccia, W. Weninger, M. Yamauchi, D. L. Gasser, V. M. Weaver, Cell 2009, 139, 891.
M. Rafaeva, J. T. Erler, FEBS J. 2020, 287, 1454.
K. M. Yamada, M. Sixt, Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2019, 20, 738.
J. E. Meredith, B. Fazeli, M. A. Schwartz, Mol. Biol. Cell 1993, 4, 953.
P. Beri, B. F. Matte, L. Fattet, D. Kim, J. Yang, A. J. Engler, Nat. Rev. Mater. 2018, 3, 418.
A. Sontheimer-Phelps, B. A. Hassell, D. E. Ingber, Nat. Rev. Cancer 2019, 19, 65.
H. C. Ott, T. S. Matthiesen, S.-K. Goh, L. D. Black, S. M. Kren, T. I. Netoff, D. A. Taylor, Nat. Med. 2008, 14, 213.
A. E. Mayorca-Guiliani, C. D. Madsen, T. R. Cox, E. R. Horton, F. A. Venning, J. T. Erler, Nat. Med. 2017, 23, 890.
H. J. Chen, Z. Wei, J. Sun, A. Bhattacharya, D. J. Savage, R. Serda, Y. Mackeyev, S. A. Curley, P. Bu, L. Wang, S. Chen, L. Cohen-Gould, E. Huang, X. Shen, S. M. Lipkin, N. G. Copeland, N. A. Jenkins, M. L. Shuler, Nat. Biotechnol. 2016, 34, 845.
X. Tian, M. E. Werner, K. C. Roche, A. D. Hanson, H. P. Foote, S. K. Yu, S. B. Warner, J. A. Copp, H. Lara, E. L. Wauthier, J. M. Caster, L. E. Herring, L. Zhang, J. E. Tepper, D. S. Hsu, T. Zhang, L. M. Reid, A. Z. Wang, Nat. Biomed. Eng. 2018, 2, 443.
L. P. Ferreira, V. M. Gaspar, J. F. Mano, Trends Biotechnol. 2020, 38, 1397.
A. L. Wishart, S. J. Conner, J. R. Guarin, J. P. Fatherree, Y. Peng, R. A. McGinn, R. Crews, S. P. Naber, M. Hunter, A. S. Greenberg, M. J. Oudin, Sci. Adv. 2020, 6, eabc3175.
A. W. Lambert, D. R. Pattabiraman, R. A. Weinberg, Cell 2017, 168, 670.
M. H. Zaman, Nat. Rev. Cancer 2013, 13, 596.
L. Gu, D. J. Mooney, Nat. Rev. Cancer 2016, 16, 56.
J. Budczies, M. von Winterfeld, F. Klauschen, M. Bockmayr, J. K. Lennerz, C. Denkert, T. Wolf, A. Warth, M. Dietel, I. Anagnostopoulos, W. Weichert, D. Wittschieber, A. Stenzinger, Oncotarget 2015, 6, 570.
J. Condeelis, J. E. Segall, Nat. Rev. Cancer 2003, 3, 921.
P. M. Treuting, S. M. Dintzis, K. S. Montine, Comparative Anatomy and Histology, Elsevier Inc., Amsterdam 2012.
E. R. Horton, J. D. Humphries, B. Stutchbury, G. Jacquemet, C. Ballestrem, S. T. Barry, M. J. Humphries, J. Cell Biol. 2016, 212, 349.
R. Kannaiyan, D. Mahadevan, Expert Rev. Anticancer Ther. 2018, 18, 1249.
C. S. Chirumamilla, M. H. U. T. Fazil, C. Perez-Novo, S. Rangarajan, R. de Wijn, P. Ramireddy, N. K. Verma, W. Vanden, Berghe, in Methods in Molecular Biology, Humana Press Inc., Totowa 2019, Vol. 1930, pp. 99-113.
S. Cunha, Y. C. Lin, E. A. Goossen, C. I. DeVette, M. R. Albertella, S. Thomson, M. J. Mulvihill, A. L. Welm, Cell Rep. 2014, 6, 141.
B. G. Hunt, C. A. Wicker, J. R. Bourn, E. E. Lower, V. Takiar, S. E. Waltz, Breast Cancer Res. Treat. 2020, 181, 529.
U. Bommhardt, B. Schraven, L. Simeoni, B. T. C. R. Signaling, Int. J. Mol. Sci. 2019, 20, 3500.
A. R. Poh, R. J. J. O'Donoghue, M. Ernst, Oncotarget 2015, 6, 15752.
B. J. Cameron, A. B. Gerry, J. Dukes, J. V. Harper, V. Kannan, F. C. Bianchi, F. Grand, J. E. Brewer, M. Gupta, G. Plesa, G. Bossi, A. Vuidepot, A. S. Powlesland, A. Legg, K. J. Adams, A. D. Bennett, N. J. Pumphrey, D. D. Williams, G. Binder-Scholl, I. Kulikovskaya, B. L. Levine, J. L. Riley, A. Varela-Rohena, E. A. Stadtmauer, A. P. Rapoport, G. P. Linette, C. H. June, N. J. Hassan, M. Kalos, B. K. Jakobsen, Sci. Transl. Med. 2013, 5, 267.
D. S. Houg, M. F. Bijlsma, Mol. Cancer 2018, 17, 95.
H. Xu, X. Lyu, M. Yi, W. Zhao, Y. Song, K. Wu, J. Hematol. Oncol. 2018, 11, 116.
S. N. Ooft, F. Weeber, K. K. Dijkstra, C. M. McLean, S. Kaing, E. van Werkhoven, L. Schipper, L. Hoes, D. J. Vis, J. van de Haar, W. Prevoo, P. Snaebjornsson, D. van der Velden, M. Klein, M. Chalabi, H. Boot, M. van Leerdam, H. J. Bloemendal, L. V. Beerepoot, L. Wessels, E. Cuppen, H. Clevers, E. E. Voest, Sci. Transl. Med. 2019, 11, 2574.
B. L. LeSavage, R. A. Suhar, N. Broguiere, M. P. Lutolf, S. C. Heilshorn, Nat. Mater. 2021. https://www.nature.com/articles/s41563-021-01057-5.
L. F. Tapias, S. E. Gilpin, X. Ren, L. Wei, B. C. Fuchs, K. K. Tanabe, M. Lanuti, H. C. Ott, Ann. Thorac. Surg. 2015, 100, 414.
K. H. Hussein, K. M. Park, J. H. Ghim, S. R. Yang, H. M. Woo, J. Biomed. Mater. Res. Part B Appl. Biomater. 2016, 104, 263.
A. Riedl, M. Schlederer, K. Pudelko, M. Stadler, S. Walter, D. Unterleuthner, C. Unger, N. Kramer, M. Hengstschläger, L. Kenner, D. Pfeiffer, G. Krupitza, H. Dolznig, J. Cell Sci. 2017, 130, 203.
L. A. Liotta, Cancer Res. 2016, 76, 3115.
R. Reuten, S. Zendehroud, M. Nicolau, L. Fleischhauer, A. Laitala, S. Kiderlen, D. Nikodemus, L. Wullkopf, S. R. Nielsen, S. McNeilly, C. Prein, M. Rafaeva, E. M. Schoof, B. Furtwängler, B. T. Porse, H. Kim, K. J. Won, S. Sudhop, K. W. Zornhagen, F. Suhr, E. Maniati, O. M. T. Pearce, M. Koch, L. B. Oddershede, T. Van Agtmael, C. D. Madsen, A. E. Mayorca-Guiliani, W. Bloch, R. R. Netz, H. Clausen-Schaumann, J. T. Erler, Nat. Mater. 2021, 20, 892.
J. Chang, O. Chaudhuri, J. Cell Biol. 2019, 218, 2456.
E. Sahai, I. Astsaturov, E. Cukierman, D. G. DeNardo, M. Egeblad, R. M. Evans, D. Fearon, F. R. Greten, S. R. Hingorani, T. Hunter, R. O. Hynes, R. K. Jain, T. Janowitz, C. Jorgensen, A. C. Kimmelman, M. G. Kolonin, R. G. Maki, R. S. Powers, E. Puré, D. C. Ramirez, R. Scherz-Shouval, M. H. Sherman, S. Stewart, T. D. Tlsty, D. A. Tuveson, F. M. Watt, V. Weaver, A. T. Weeraratna, Z. Werb, Nat. Rev. Cancer 2020, 20, 174.
C. Loebel, R. L. Mauck, J. A. Burdick, Nat. Mater. 2019, 18, 883.
H. Salmon, K. Franciszkiewicz, D. Damotte, M. C. Dieu-Nosjean, P. Validire, A. Trautmann, F. Mami-Chouaib, E. Donnadieu, J. Clin. Invest. 2012, 122, 899.
F. Weeber, S. N. Ooft, K. K. Dijkstra, E. E. Voest, Cell Chem. Biol. 2017, 24, 1092.
A. Naba, K. R. Clauser, H. Ding, C. A. Whittaker, S. A. Carr, R. O. Hynes, Matrix Biol. 2016, 49, 10.
A. E. Mayorca-Guiliani, O. Willacy, C. D. Madsen, M. Rafaeva, S. E. Heumüller, F. Bock, G. Sengle, M. Koch, T. Imhof, F. Zaucke, R. Wagener, T. Sasaki, J. T. Erler, R. Reuten, Nat. Protoc. 2019, 14, 3395.
T. R. Cox, D. Bird, A.-M. Baker, H. E. Barker, M. W.-Y. Ho, G. Lang, J. T. Erler, Cancer Res. 2013, 73, 1721.
F. Calvo, N. Ege, A. Grande-Garcia, S. Hooper, R. P. Jenkins, S. I. Chaudhry, K. Harrington, P. Williamson, E. Moeendarbary, G. Charras, E. Sahai, Nat. Cell Biol. 2013, 15, 637.
S. R. Hingorani, L. Wang, A. S. Multani, C. Combs, T. B. Deramaudt, R. H. Hruban, A. K. Rustgi, S. Chang, D. A. Tuveson, Cancer Cell 2005, 7, 469.
M. Idorn, S. K. Skadborg, L. Kellermann, H. R. Halldórsdóttir, G. Holmen Olofsson, Ö. Met, P. T. Straten, Oncoimmunology 2018, 7, e1450715.
T. Jardé, B. Lloyd-Lewis, M. Thomas, H. Kendrick, L. Melchor, L. Bougaret, P. D. Watson, K. Ewan, M. J. Smalley, T. C. Dale, Nat. Commun. 2016, 7, 13207.
J. Y. Tinevez, N. Perry, J. Schindelin, G. M. Hoopes, G. D. Reynolds, E. Laplantine, S. Y. Bednarek, S. L. Shorte, K. W. Eliceiri, Methods 2017, 115, 80.
J. F. Dekkers, M. Alieva, L. M. Wellens, H. C. R. Ariese, P. R. Jamieson, A. M. Vonk, G. D. Amatngalim, H. Hu, K. C. Oost, H. J. G. Snippert, J. M. Beekman, E. J. Wehrens, J. E. Visvader, H. Clevers, A. C. Rios, Nat. Protoc. 2019, 14, 1756.
E. Wershof, D. Park, D. J. Barry, R. P. Jenkins, A. Rullan, A. Wilkins, K. Schlegelmilch, I. Roxanis, K. I. Anderson, P. A. Bates, E. Sahai, Life Sci. Alliance 2021, 4, e202000880.
U. Blache, E. R. Horton, T. Xia, E. M. Schoof, L. H. Blicher, A. Schönenberger, J. G. Snedeker, I. Martin, J. T. Erler, M. Ehrbar, Life Sci. Alliance 2019, 2, e201900304.