In-vitro modelling the tumour microenvironment : interaction between macrophages and endothelial cells

Colon rectal cancer (CRC) is the fourth most frequently diagnosed cancer and it is the second leading cause of cancer death. Between 1995 and 1999 the survival to colon cancer was 72% at 1 year and 54% at 5 years in patient above 45 years old and 63% and 45% in patients between 15 and 45 years old. In 2010 the survival rose by 6% at 1 year and by 9% at 5 years. The number of cancers deaths may be reduced by preventive measurements and early detection. Surgery, radiation therapy, and chemotherapy are the most commonly used treatment. A new emerging technology to study colon cancer, its development and possible treatment is organoids, 3D cells aggregates able to mimic the organization, compartmentalization and functionalization of the in vivo tissue. Moreover, patient-derived tumour organoids can resume the characteristics of the cancer, so they can be very useful to study the efficacy of treatments. Organoids have different limitation, the main is the lack of vascularization which limits size and survival of organoids, in particular of organoids’ core. For these reason different methods of vascularization are being studied, some rely on in vivo vascularization other on in vitro vascularization. This latter usually requires microfluidic devices. In this case also biochemical signal can help both in increasing the speed of vascularization, in order to reach organoids’ core in a short time, and in stability of the vessel network. For these reasons in this study the interaction of endothelial cells (ECs) and macrophages was analyzed, coming to the conclusion that macrophages that belongs to tumor microenvironment enhance the proliferation, migration and organization of ECs. In fact, what happens in human body is that when macrophages are exposed to tumour microenvironment, change from anti-inflammatory to pro-inflammatory activity and are called tumour associated macrophages (TAM). Moreover it was found that signals coming from TAM not only enhance ECs activity but also allow organoids, out of a microfluidic device, to reach greater dimension than organoids cultured in presence of macrophages.

Il cancro del colon rettale è il quarto cancro più frequentemente diagnosticato ed è la seconda causa principale della morte a causa di cancro. Tra il 1995 e il 1999 la sopravvivenza al cancro del colon è stata del 72% a 1 anno e del 54% a 5 anni in pazienti di età superiore a 45 anni e del 63% e 45% in pazienti di età compresa tra 15 e 45 anni. Nel 2010 la sopravvivenza è aumentata del 6% a 1 anno e del 9% a 5 anni. Il numero di decessi per cancro può essere ridotto mediante misure preventive e diagnosi precoce. Chirurgia, radioterapia e chemioterapia sono i trattamenti più comunemente usati. Una nuova tecnologia emergente per studiare il cancro del colon, il suo sviluppo e possibili trattamenti sono gli organoidi, strutture cellulari tridimensionali in grado di imitare l’organizzazione, la compartimentazione e la funzionalizzazione del tessuto in vivo. Inoltre, gli organoidi tumorali derivati da pazienti possono riprendere le caratteristiche del cancro, per questo motivo possono essere molto utili studiare l’efficacia dei trattamenti. Gli organoidi hanno diverse limitazioni, la principale è la mancanza di vascolarizzazione, che limita la dimensione e la sopravvivenza degli organoidi, in particolare del core degli organoidi. Per questo motivo vengono studiati diversi metodi di vascolarizzazione, alcuni si affidano alla vascolarizzazione in vivo, altri alla vascolarizzazione in vitro. Quest’ultimo richiede solitamente dispositivi microfluidici. In questo caso anche il segnale biochimico può aiutare sia ad aumentare la velocità di vascolarizzazione, al fine di raggiungere il core degli organoidi in breve tempo, sia nella stabilità della rete vascolare. Per queste ragioni in questo studio è stata analizzata l’interazione tra le cellule endoteliali e i macrofagi, giungendo alla conclusione che i macrofagi che appartengono al microambiente tumorale migliorano la proliferazione, la migrazione e l’organizzazione delle cellule endoteliali. Infatti, ciò che accade nel corpo umano è che i macrofagi, quando esposti al microambiente tumorale, cambiano da attività antinfiammatoria ad attività pro-infiammatoria e sono chiamati macrofagi associati al tumore (TAM). Inoltre è risultato che i segnali prodotti da macrofagi associati al tumore non solo migliorano l’attività delle cellule endoteliali ma permettono anche che gli organoidi, anche senza un dispositivo microfluidico, raggiungano la dimensione più grande che organoidi coltivati in presenza di macrofagi.