Magnetically controlled cyclic microscale deformation of in vitro cancer invasion models

文献情報

出版日 2023-10-16
DOI 10.1039/D3BM00583F
インパクトファクター 6.843
著者

Daphne O. Asgeirsson, Avni Mehta, Fan Li, Xiang Wang, Michael G. Christiansen, Nicolas Hesse, Rachel Ward, Ece Su Ildiz, Stefano Menghini, Nicola Aceto, Simone Schuerle


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要旨

Mechanical cues play an important role in the metastatic cascade of cancer. Three-dimensional (3D) tissue matrices with tunable stiffness have been extensively used as model systems of the tumor microenvironment for physiologically relevant studies. Tumor-associated cells actively deform these matrices, providing mechanical cues to other cancer cells residing in the tissue. Mimicking such dynamic deformation in the surrounding tumor matrix may help clarify the effect of local strain on cancer cell invasion. Remotely controlled microscale magnetic actuation of such 3D in vitro systems is a promising approach, offering a non-invasive means for in situ interrogation. Here, we investigate the influence of cyclic deformation on tumor spheroids embedded in matrices, continuously exerted for days by cell-sized anisotropic magnetic probes, referred to as μRods. Particle velocimetry analysis revealed the spatial extent of matrix deformation produced in response to a magnetic field, which was found to be on the order of 200 μm, resembling strain fields reported to originate from contracting cells. Intracellular calcium influx was observed in response to cyclic actuation, as well as an influence on cancer cell invasion from 3D spheroids, as compared to unactuated controls. Furthermore, RNA sequencing revealed subtle upregulation of certain genes associated with migration and stress, such as induced through mechanical deformation, for spheroids exposed to actuation vs. controls. Localized actuation at one side of a tumor spheroid tended to result in anisotropic invasion toward the μRods causing the deformation. In summary, our approach offers a strategy to test and control the influence of non-invasive micromechanical cues on cancer cell invasion and metastasis.

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掲載誌

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Biomaterials Science
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Biomaterials Science is an international high impact journal exploring the science of biomaterials and their translation towards clinical use. Its scope encompasses new concepts in biomaterials design, studies into the interaction of biomaterials with the body, and the use of materials to answer fundamental biological questions. Papers do not necessarily need to report a new biomaterial but should provide novel insight into the biological applications of the biomaterial. Articles that primarily focus on demonstrating novel materials chemistry and bring a molecular picture to bear on a given material’s suitability as a biomaterial are more suited to our companion journal, Journal of Materials Chemistry B. Biomaterials Science publishes primary research and review-type articles in the following areas: molecular design of biomaterials, including translation of emerging chemistries to biomaterials science of cells and materials at the nanoscale and microscale materials as model systems for stem cell and human biology materials for tissue engineering and regenerative medicine (Nano)materials and (nano)systems for therapeutic delivery interactions at the biointerface biologically inspired and biomimetic materials, including bio-inspired self-assembly systems and cell-inspired synthetic tools next-generation biomaterials tools and methods

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