Poly(ethylene glycol)- polypeptide/hyaluronic acid complex as a 3D platform for understanding cancer cell migration in the tumor microenvironment

Abstract

암은 인간의 생명을 위협하는 가장 대표적인 질병이다. 과학기술의 발전으로 치료법이 다양해졌음에도 불구하고 암의 발생률과 암으로 인한 사망률은 계속해서 증가하고 있다. 그중 암으로 사망하는 원인 중 90%가 암의 전이이다. 따라서 암을 치료하고 극복하기 위해서는 암의 전이과정을 이해하는 것이 중요하다. 암세포가 혈관을 따라 다른 조직으로 이동하는 것을 암의 전이라 하는데 이때, 종양 미세 환경의 다양한 요소들은 암세포에게 이동 및 침윤의 기능을 부여한다. 또한 종양 미세 환경에서의 암 진행 및 이동은 세포 유형 및 3차원(3D) 매트릭스와 관련이 있다. 따라서 3D 매트릭스를 포함한 생체 모방 종양 모델을 개발하는 것은 암 환경을 이해하는 데 필수적인 역할을 할 수 있다. 본 연구에서는 인간 지방 유래 중간엽 줄기 세포(hADSC)와 유방암세포(MDA-MB-231)를 3차원적으로 공배양하여 다세포 스페로이드와 mPEG-PA와 히알루론산(HA)을 이용하여 자가조립 구조를 형성하는 3D 매트릭스를 제조하였다. 이후 3D 매트릭스 내에서 스페로이드의 세포 이동성을 관찰한 결과 종양 미세 환경에서의 침습성 및 전이성 암과 같은 양상을 관찰하였다. 이러한 결과는 생체모사 세포외 기질 개발을 통해 조직 미세 환경을 이해하며 암 전이 연구를 위한 체외 조직 모델 개발의 가능성을 제시하였다.;Cancer progression and migration in the tumor microenvironment are related to cell types and three dimensional (3D) matrices. Therefore, developing biomimetic tumor models, including co-culture systems and a tunable 3D matrix, could play an essential role in understanding the cancer environment. Here, multicellular spheroids using human adipose-derived mesenchymal stem cells (hADSCs) and breast cancer cells (MDA -MB 231) within the 3D matrix were used as a tumor microenvironment (TME) mimicking platform. The amphiphilic peptide block copolymer and hyaluronic acid (HA) formed a self-assembled structure, which provides a biocompatible 3D environment for the cells. Multicellular spheroids were formed on the optimized plate and were observed as cell migration from a spheroid within a 3D matrix, like invasive and metastatic cancer of TME. This study suggests a new 3D platform using polymer complexes and the importance of tumor complexities, including various cell types and microenvironment.