3B Baskılı PET ve PLA Doku İskele Modellerinde MCF-7 Hücrelerinin Yüzey Adezyonlarının Araştırılması

Abstract

Doku iskeleleri genellikle, geniş bir uygulama alanına sahip polimerik malzemelerden yapılmış sert yapılardır. Biyouyumlulukları ve biyolojik olarak degradasyonları sayesinde üç boyutlu (3B) hücre büyümesi için gerekli desteği sağlar ve in vitro 3B hücre kültürlerinde son derece faydalıdır. Kanser; hücrelerin büyümesini düzenleyen ve onları sağlıklı tutmaktan sorumlu olan genlerin mutasyonları veya anormal değişikliklerinden kaynaklanan bir hastalıktır. Meme kanseri, en yaygın invazif kanser türüdür ve kadınlar arasında ikinci kanser ölüm nedenidir. İki boyutlu (2B) hücre kültürü, hücre biyolojisi ve biyokimyası hakkında önemli bilgiler edinilmesine yardımcı olmuştur. Ancak, klinik kullanım için uygun değildir. 2B in vitro çalışmalar, in vivo uygulamalar da istenilen başarıyı sağlayamamaktadır. Tümör mikro-ortamının oluşturulması zordur. Doku iskeleleri, meme kanseri hücre kültürü ile ilgili bu problemi ortadan kaldıran 3B hücre kültürü sistemleridir. 3B hücre kültürü modellerinde gerçekleştirilecek çalışmalar, in vivo’yu taklit etmede daha başarılı olacaktır. Bu çalışmanın temel amacı, MCF-7 meme kanseri hücrelerinin üç boyutta prolifere olmasını sağlayan polilaktik asit (PLA) ve polietilen tereftalat (PET) materyallerden biyouyumlu ve uygun gözenekli doku iskeleleri oluşturmaktır. Polietilen tereftalat (PET) ve polilaktik asit (PLA), biyolojik olarak uyumlu, toksik boya içermeyen polimer olup, 3B kanser hücre kültürü için uygun rijit yapılar olan doku iskelelerinin üretimi için kullanılmaktadır. Doku iskelelerinin üretimi için özel yapım 3B yazıcı ve 1.75 mm PET ve PLA filamentleri kullanılmıştır. Doku iskeleleri iki farklı doluluk oranı (%20 ve %40) ile üretilmiştir. Doku iskelelerin tasarım ve üretim parametreleri, doğru baskı prosedürünü ayarlamak için SolidWorks ve Slic3r yazılımları tarafından oluşturulmuş ve optimize edilmiştir. Tüm doku iskelelerin mekanik karakterizasyonu için biyomekanik testler gerçekleştirilmiştir. 3B hücre kültürü için doku iskelelerinin değerlendirilmesi amacıyla MCF-7 meme kanseri hücre hattı kullanılmıştır. Hücrelerin iskele yüzeyine adezyon kabiliyeti, canlı hücreleri tespit etmeye yönelik olarak kullanılan kristal viyole ile fiksasyon ve boyama yöntemiyle belirlenmiştir. PET ve PLA doku iskeleleriyle 3B hücre kültürü, kanser hücre kültürü uygulamalarını geliştirmek ve hücre proliferasyonunu zenginleştirmek için faydalı olmaktadır. 2B hücre kültürüne kıyasla 3B doku iskeleleri, MCF-7 hücrelerinin yüzeye tutunma düzeylerinde anlamlı bir artış göstermiştir. Sonuç olarak, elde edilen veriler gözenekli PET ve PLA doku iskelelerinin, in vivo mimiği bir mikro-ortam sağlayarak MCF-7 meme kanseri hücrelerinin 3B kültüre edilmesi ve proliferasyonu için destekleyici olduğunu göstermektedir.

Keywords

• Meme kanseri,MCF-7,PLA,PET,üç boyutlu

Investigation of Surface Adhesion of MCF-7 Cells in 3D Printed PET and PLA Tissue Scaffold Models

Abstract

Tissue scaffolds with a wide range of applications are usually rigid structures made of polymeric materials. Biocompatibility and biodegradability are important properties for scaffold materials to possess, ensuring they support for cell growth and are extremely useful in in vitro three-dimensional (3D) cell cultures. Cancer is a disease caused by mutations or abnormal changes in genes responsible for regulating the growth of cells and keeping them healthy. Breast cancer is the most common type of invasive cancer and the second cause of cancer death among women. Two-dimensional (2D) cell cultures have helped to attain important knowledge about cell biology and biochemistry. However, they are not suitable for clinical use. 2D in vitro studies do not provide the desired success in in vivo applications. The formation of the tumor microenvironment is challenging. Tissue scaffolds are 3D cell culture systems that eliminate this problem with breast cancer cell culture. Cell culture models with 3D tissue scaffold are thought to be more successful in representing in vivo. The main objective of this study was to produce biocompatible and suitable porosity scaffolds from polylactic acid (PLA) and polyethylene terephthalate (PET) materials, which enables MCF-7 breast cancer cells to proliferate in three dimensions. Polyethylene terephthalate (PET) and polylactic acid (PLA) are biocompatible, non-toxic dye-free polymers and are used for the production of scaffolds that are rigid structures suitable for 3D cancer cell culture. A custom 3D printer and 1.75 mm PET and PLA filaments were used for the production of tissue scaffolds. Tissue scaffolds are produced with two different filling rates (20% and 40%). The design and production parameters of the scaffolds are defined and optimized by SolidWorks and Slic3r softwares to set the correct printing procedure. Biomechanical tests for mechanical characterization of all scaffolds were performed. MCF-7 breast cancer cell line was used to evaluate tissue scaffolds for 3D cell culture. The ability of the cells to adhere to the scaffold surface was determined by crystal violet fixation and staining method detecting viable cells. 3D cell culture with PET and PLA tissue scaffolds is useful to improve cancer cell culture applications and enhance cell proliferation. 3D tissue scaffolds have shown that MCF-7 cells are more compatible with surface adhesion than 2D cultures. As a result, the data obtained show that porous PET and PLA tissue scaffolds are supportive of the 3D culture and proliferation of MCF-7 breast cancer cells by providing a micro-environment in vivo mimic.

Keywords

• Breast cancer,MCF-7,PLA,PET,3-dimensional,scaffold

References

1. 1. Rabionet M, Polonio E, Guerra AJ, Martin J, Puig T, Ciurana J. Design of a scaffold parameter selection system with additive manufacturing for a biomedical cell culture. Materials. MDPI AG; 2018;11.
2. 2. Duval K, Grover H, Han LH, Mou Y, Pegoraro AF, Fredberg J, et al. Modeling physiological events in 2D vs. 3D cell culture. Physiology. American Physiological Society; 2017. p. 266–77.
3. 3. Palomeras S, Rabionet M, Ferrer I, Sarrats A, Garcia-Romeu ML, Puig T, et al. Breast Cancer Stem Cell Culture and Enrichment Using Poly(ϵ-Caprolactone) Scaffolds. Molecules. MDPI AG; 2016;21.
4. 4. Polonio-Alcalá E, Rabionet M, Guerra AJ, Yeste M, Ciurana J, Puig T. Screening of additive manufactured scaffolds designs for triple negative breast cancer 3D cell culture and stem-like expansion. International Journal of Molecular Sciences. MDPI AG; 2018;19.
5. 5. Pathi SP, Kowalczewski C, Tadipatri R, Fischbach C. A novel 3-D mineralized tumor model to study breast cancer bone metastasis. PLoS ONE. 2010;5.
6. 6. Düzyer S. Fabrication of electrospun poly (ethylene terephthalate) scaffolds: Characterization and their potential on cell proliferation in vitro. Tekstil ve Konfeksiyon. 2017;27:334–41.
7. 7. Rijal G, Bathula C, Li W. Application of Synthetic Polymeric Scaffolds in Breast Cancer 3D Tissue Cultures and Animal Tumor Models [Internet]. International Journal of Biomaterials. 2017 [cited 2019 Nov 5]. Available from: https://www.hindawi.com/journals/ijbm/2017/8074890/
8. 8. Diomede F, Gugliandolo A, Cardelli P, Merciaro I, Ettorre V, Traini T, et al. Three-dimensional printed PLA scaffold and human gingival stem cell-derived extracellular vesicles: a new tool for bone defect repair. Stem Cell Res Ther [Internet]. 2018 [cited 2019 Nov 5];9. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5899396/

9. 9. PLA Electrospun Scaffolds for Three-Dimensional Triple-Negative Breast Cancer Cell Culture [Internet]. [cited 2019 Nov 5]. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6572693/
10. 10. Rimington RP, Capel AJ, Christie SDR, Lewis MP. Biocompatible 3D printed polymers via fused deposition modelling direct C2C12 cellular phenotype in vitro. Lab on a chip. 2017;17:2982–93.