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  新方法！前列腺癌精準新模型，可用于臨床和藥物開發(fā)
  
  2023-07-24 來源：轉化醫(yī)學網(wǎng)
  
  前列腺癌的體外研究依賴于已建立的細胞系，這些細胞系缺乏重要的生理特征，如適當?shù)臉O化和相關生物標志物的表達。微生理系統(tǒng)(MPS)可以復制癌癥微環(huán)境，并導致細胞表型變化，更好地代表體外器官生理。
  
  在這項研究中，研究團隊建立了一個由傳統(tǒng)前列腺癌細胞組成的MPS模型，以評估其在動態(tài)培養(yǎng)條件下的活性。雄激素敏感細胞(LNCaP)和雄激素不敏感細胞(PC3)分別在常規(guī)和3D培養(yǎng)中培養(yǎng)，包括靜態(tài)和動態(tài)培養(yǎng)。分析細胞形態(tài)、前列腺特異性抗原分泌、前列腺關鍵標志物及MicroRNA的表達情況。LNCaP在3D和MPS培養(yǎng)中形成球狀體，細胞角蛋白和粘附蛋白的上調支持了形態(tài)變化。LNCaP在MPS中也保持恒定的前列腺特異性抗原分泌。PC3細胞在3D和MPS培養(yǎng)中沒有形成復雜的結構?；蛩缴系腜SA表達在LNCaP-MPS中下調，在PC3-MPS中顯著上調。細胞內和細胞外的三維靜態(tài)和動態(tài)培養(yǎng)改變了MicroRNA表達。與前列腺癌進展相關的MicroRNA在LNCaP-MPS中大多上調。整體動態(tài)細胞培養(yǎng)實質上改變了LNCaP細胞的形態(tài)和表達，可以說是增加了它們的前列腺癌表型。這一新方法表明，前列腺癌細胞中的MicroRNA表達對外部刺激敏感，MPS可以有效促進常規(guī)前列腺癌模型中的重要生理變化。
  
  研究背景
  
  前列腺癌(PCa)是2018年男性腫瘤死亡的第二大惡性腫瘤和第五大原因。在世界范圍內，前列腺癌的患病率和死亡率與年齡的增長有關，估計65歲以上的發(fā)病率為60%。前列腺癌細胞的生長和存活起初依賴于雄激素，即睪酮，其活性形式與雄激素受體(AR)結合，并調節(jié)參與細胞增殖或凋亡逃避機制的多種蛋白質的表達。雄激素剝奪療法(ADT)是一種標準的、廣泛使用的前列腺癌治療方法。ADT積極下調睪酮的合成，從而抑制前列腺癌的增殖。大約10-15%的PCa患者出現(xiàn)去勢抵抗，臨床預后較差，中位生存時間為12-23個月。當惡性前列腺癌細胞在缺乏雄激素的情況下增殖，導致ADT無效時，去勢抵抗性前列腺癌(CRPC)就會發(fā)生。CRPC的特征是連續(xù)三次分析中前列腺特異性抗原(PSA)增加，間隔至少一周，PSA水平> 2ng /ml或ADT后腫瘤放射學進展。
  
  PSA是一種由前列腺上皮細胞產(chǎn)生的與鉀化鉀素相關的絲氨酸蛋白酶。它作為篩查、診斷和隨訪前列腺癌的生物標志物。生理上，PSA的分泌促進精子的活動，其表達受AR調控。這一生物標志物反映了前列腺細胞的增殖，PSA水平升高可提示癌細胞的存在。然而，盡管具有優(yōu)勢，PSA缺乏診斷特異性，不能指示疾病的嚴重程度或分期。良性前列腺疾病或損傷也可導致PSA水平升高。這說明需要更具體的PCa生物標志物作為診斷和預后工具。
  
  MicroRNA (miR)已被確定為CRPC早期診斷的潛在生物標志物，有望在去勢抵抗發(fā)生之前捕獲這種惡性腫瘤。一些MicroRNA(如miR-4417, miR-3687, miR-205)已被描述在CRPC進展中具有功能作用。為了進一步探索MicroRNA在PCa和CRPC之間的分子轉化中的作用，并驗證其作為CRPC臨床生物標志物的應用，需要臨床和臨床前的綜合研究。
  
  盡管在分子泌尿學研究中廣泛使用和貢獻了幾種細胞系(例如AR去調控)，但由于各種PCa和CRPC細胞中生物標志物表達的高度可變性，它們在臨床相關生物標志物的發(fā)現(xiàn)和驗證以及作為臨床前藥物測試的強大平臺方面的應用存在主要限制。此外，常規(guī)培養(yǎng)(2D)中的細胞系不能復制腫瘤微環(huán)境的異質性特征，不能維持上皮細胞的典型極性，并且關鍵細胞機制(如粘附蛋白、膜載體、代謝酶)的表達受到限制或缺失。
  
  微生理系統(tǒng)(MPS)的進步使所謂的器官芯片得以引入，細胞在動態(tài)條件下培養(yǎng)。在MPS中，細胞暴露于不同的外部刺激(如流量、壓力、機械應力等)，這些刺激促進了2D中缺失的特征的分化。近年來的研究表明，多磺酸粘多糖能顯著改善上皮細胞的功能。在器官芯片模型中恢復的2D培養(yǎng)中一直缺失的顯著特征是陰離子藥物的分泌(腎臟)，腸道微生物組酶活性(腸道)和膽管形成(肝臟)。這些創(chuàng)新的體外平臺正迅速被用于需要更好地代表人體生理學的毒理學和藥學研究。近期試圖證明動態(tài)培養(yǎng)對前列腺細胞行為的影響已經(jīng)產(chǎn)生了有希望的結果。前列腺細胞可以在流體條件下保持活力。一項對雄激素敏感的LNCaP細胞的綜合研究表明，MPS中的球體促進了細胞生長，改善了結構完整性，減少了壞死核心的形成，并下調了細胞應激基因的表達。流動培養(yǎng)的球狀體對化療的敏感性增加，并表現(xiàn)出更大的轉錄反應。
  
  在本研究中，我們旨在建立前列腺癌- MPS (PCa- MPS)模型，在體外重建PCa和CRPC細胞的上皮性質以及它們的PSA和miRNA分泌。采用常用的LNCaP細胞作為雄激素敏感型PCa細胞的模型，PC3細胞作為雄激素不敏感型PCa細胞的模型。在MPS模型中探索這些細胞的潛力，為研究PCa生物標志物提供了一種新的、生理學上更準確的工具，可用于臨床實踐和藥物開發(fā)應用。
  
  研究結果
  
  三維和MPS條件改變前列腺癌細胞的形態(tài)
  
  在我們的研究中使用的MPS芯片使兩個培養(yǎng)室之間的脈動流動在一個閉環(huán)中，這些刺激意味著培養(yǎng)基不斷地在細胞上再灌注，ECM水凝膠在每個灌注周期中收縮。在3D(靜態(tài))和MPS培養(yǎng)中，LNCaP細胞生長成非空心球體，相對于傳統(tǒng)培養(yǎng)，極化明顯增加。在LNCaP球體中，表皮生長因子受體(EGFR)主要在細胞表面表達，而2D培養(yǎng)中，表皮生長因子受體分散在細胞質中。黏附蛋白ZO1的密度在MPS培養(yǎng)的細胞中也比在2D中更為明顯，強調了球體的黏附增強。PC3細胞在MPS培養(yǎng)中未形成三維結構。盡管如此，EGFR的表達似乎集中在凝膠中單個細胞的周圍。這表明，相對于EGFR分散在細胞質中的2D細胞，這些細胞的極性增強。在2D中，PC3細胞相互粘附，從細胞邊界的ZO1表達可見一斑，這一特征在MPS培養(yǎng)中被排除在外。
  
  HUMIMIC芯片2微生理系統(tǒng)
  
  通過使用常規(guī)細胞系對PCa- MPS模型進行表征，我們展示了使用先進的體外系統(tǒng)研究PCa和CRPC細胞表型變化和MicroRNA分泌的潛力。MPS模型，如TissUse HUMIMIC芯片，受到低實驗吞吐量的限制，然而，當用于解決特定的研究問題時，可以作為一個強大的工具。使用新一代測序(NGS)等方法來繪制非編碼RNA的表達圖譜已被證明可以大大增加基于MPS的實驗的實驗輸出。這些方法可以從有限數(shù)量的樣本中生成全面的數(shù)據(jù)集，從而較大限度地發(fā)揮復雜和勞動密集型微流體平臺的效用。使用該系統(tǒng)的進一步研究可以研究PCa和CRPC細胞暴露于批準的治療(如阿比特龍和恩雜魯胺)期間和之后的MicroRNA分泌。隨著時間的推移，MicroRNA分泌的改變可以通過誘導前列腺癌細胞的雄激素抵抗來實現(xiàn)。該模型在研究循環(huán)腫瘤細胞簇(CTC)作為前列腺癌(PCa)預后工具方面也具有優(yōu)勢。CTC與癌癥轉移有關，將患者活檢獲得的PCa組織外植體整合到微生理系統(tǒng)(MPS)中，有可能研究CTC的起源及其與PCa進展的相關性。在MPS中使用患者材料提供了額外的優(yōu)勢，因為它保留了PCa的異質性，并實現(xiàn)了事實上的離體培養(yǎng)。通過提供一個生理學上更相關的模型，PCa-MPS可以潛在地克服目前體外模型的局限性，盡管如此，需要全面的表征工作來了解動態(tài)培養(yǎng)中激素敏感和不敏感前列腺癌細胞的界限。
  
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