Development of a microfluidic platform for the analysis of neutrophil chemotaxis influenced by tumor microenvironments

Traditional treatments for cancer are not effective enough to fight the disease, therefore, the development of immunotherapies has been increasingly promising for a more favorable outcome for which a greater understanding of the tumor microenvironment and its relationship with the immunoregulatory processes is needed. Neutrophils represent a significant proportion of the tumor infiltrate in several types of cancer and are now considered key players in the tumor microenvironment with an important effect on cancer formation, progression and metastasis. They are recruited through chemotaxis, that is the directional movement following a concentration gradient caused by secretion of chemokines at the tumor site. The present work aimed at developing a chemotaxis assay for studying the potential of neutrophil recruitment by a tumor microenvironment with the motivation of being a future tool to differentiate tumor microenvironments based on this and have better and patient-specific information for making the clinical decision on a possible immunotherapy to target the cancer. With this goal in mind, a microfluidic gradient generator was developed with passive pumping as flow control system and microgrooves barriers to prevent bulk flow where cells migrated which could affect their chemotaxis behavior. The results showed that the device could stablish a constant, stable and reproducible linear chemokine concentration gradient over a two-hour period. During biological validation neutrophil migration was observed under a single CXCL6 chemokine concentration gradient but further experimentations should be done for complete quantitative migration analysis.

I trattamenti tradizionali per il cancro non sono abbastanza efficaci per combattere la malattia, pertanto, lo sviluppo di immunoterapie è stato sempre più promettente per un esito più favorevole per il quale è necessaria una maggiore comprensione del microambiente tumorale e della sua relazione con i processi immunoregolatori. I neutrofili rappresentano una proporzione significativa dell'infiltrato tumorale in diversi tipi di cancro e sono ora considerati attori chiave nel microambiente tumorale con un effetto importante sulla formazione, progressione e metastasi del cancro. Sono reclutati attraverso la chemiotassi, cioè il movimento direzionale che segue un gradiente di concentrazione causato dalla secrezione di chemochine nel sito del tumore. Il presente lavoro mirava a sviluppare un saggio di chemiotassi per studiare il potenziale di reclutamento dei neutrofili da parte di un microambiente tumorale con la motivazione di essere uno strumento futuro per differenziare i microambienti tumorali sulla base di questo e avere informazioni migliori e specifiche per il paziente per prendere la decisione clinica su una possibile immunoterapia per colpire il cancro. Con questo obiettivo in mente, è stato sviluppato un generatore di gradiente microfluidico con pompaggio passivo come sistema di controllo del flusso e barriere di microgrooves per prevenire il flusso di massa in cui le cellule migravano, il che potrebbe influenzare il loro comportamento chemiotattico. I risultati hanno mostrato che il dispositivo potrebbe stabilire un gradiente di concentrazione di chemochine lineare costante, stabile e riproducibile per un periodo di minimo due ore. Durante la convalida biologica è stata osservata la migrazione dei neutrofili sotto un singolo gradiente di concentrazione di chemochine CXCL6, ma ulteriori sperimentazioni dovrebbero essere fatte per un'analisi di migrazione quantitativa completa.