A micro cell culture analog (µCCA) with 3-D hydrogel culture of multiple cell lines to assess metabolism-dependent cytotoxicity of anti-cancer drugs

细胞毒性 细胞培养 癌细胞系 新陈代谢 癌症 细胞 化学 细胞代谢 癌细胞 癌症研究 药理学 细胞生物学 生物化学 生物 体外 遗传学
作者
Jong Hwan Sung,Michael L. Shuler
出处
期刊:Lab on a Chip [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:9 (10): 1385-1385 被引量:403
标识
DOI:10.1039/b901377f
摘要

A microfluidic device with 3-D hydrogel cell cultures has been developed to test the cytotoxicity of anti-cancer drugs while reproducing multi-organ interactions. In this device, a micro cell culture analog (µCCA), cells embedded in 3-D hydrogels are cultured in separate chambers representing the liver, tumor, and marrow, which are connected by channels mimicking blood flow. While the microfluidic network provides a platform for mimicking the pharmacokinetic and pharmacodynamic profiles of a drug in humans, the 3-D hydrogel provides a more physiologically realistic environment to mimic the tissue than monolayer culture. Colon cancer cells (HCT-116) and hepatoma cells (HepG2/C3A) were encapsulated in Matrigel and cultured in the tumor and the liver chamber in a µCCA, respectively. Myeloblasts (Kasumi-1) were encapsulated in alginate in the marrow chamber; a stiffer hydrogel was necessary to prevent cell migration out of the matrix. The cytotoxic effect of Tegafur, an oral prodrug of 5-fluorouracil (5-FU), on each cell line was tested using the µCCA with cell-embedded hydrogel. The comparison of experimental results using a 96-well microtiter plate and a µCCA demonstrated that the µCCA was able to reproduce the metabolism of Tegafur to 5-FU in the liver and consequent death of cells by 5-FU, while the cultures in a 96-well microtiter plate were unable to do so. The µCCA utilizing 3-D hydrogel cell cultures has potential as a platform for pharmacokinetic-based drug screening in a more physiologically realistic environment.
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