In-vitro modeling of the tumor-macrophages-endothelial interaction

Colon cancer is assumed one of the big killer cancers and it develops at the cellular level as a result of an accumulation of cellular transformation that causes healthy colonic epithelial cells to change into colon adenocarcinoma cells. Early detection and preventive interventions may help to lower the number of cancer-related deaths. The three most common forms of treatment are surgery, radiation therapy, and chemotherapy. Organoids, 3D cell aggregates that replicate the structure and functionalization of in vivo tissue, is a novel developing tool to research colon cancer, its development, and potential treatments. However, organoids have a number of limitations, and one of the majors is that they lack vascularization, which diminishes their size and survival, especially in their cores. These considerations have led to the study of several vascularization techniques, some of which rely on in vivo vascularization and others on in vitro vascularization. One of the mechanical stimuli that control chemical secretion and phenotypic change is shear stress. Actually, in the human body, tumor-associated macrophages (TAM) are produced when macrophages are exposed to the tumor microenvironment undergo a change in their behavior from pro-inflammatory (anti-tumor) to anti-inflammatory, pro-tumoral and pro-angiogenic. This thesis examines the interaction between macrophages and endothelial cells in the context of cancer in presence of the chemical and mechanical stimuli. Macrophages and patient-derived organoids culturing media are seen to improve the angiogenesis process.

Il cancro del colon è considerato uno dei grandi tumori killer e si sviluppa a livello cellulare come risultato di un accumulo di trasformazione cellulare che fa sì che le cellule epiteliali del colon sane si trasformino in cellule di adenocarcinoma del colon. La diagnosi precoce e gli interventi preventivi possono aiutare a ridurre il numero di decessi correlati al cancro. Le tre forme di trattamento più comuni sono la chirurgia, la radioterapia e la chemioterapia. Gli organoidi, aggregati di cellule 3D che replicano la struttura, la compartimentazione e la funzionalizzazione del tessuto in vivo, sono un nuovo strumento di sviluppo per la ricerca sul cancro del colon, il suo sviluppo e potenziali trattamenti. Gli organoidi hanno una serie di limitazioni, ma una delle principali è che mancano di vascolarizzazione, che ne diminuisce le dimensioni e la sopravvivenza, specialmente nei loro nuclei. Queste considerazioni hanno portato allo studio di diverse tecniche di vascolarizzazione, alcune delle quali si basano sulla vascolarizzazione in vivo e altre sulla vascolarizzazione in vitro. Uno stimolo meccanico che controlla la secrezione chimica e il cambiamento fenotipico è lo stress di taglio. In realtà, nel corpo umano, i macrofagi associati al tumore (TAM) vengono prodotti quando i macrofagi esposti al microambiente tumorale subiscono un cambiamento nel loro comportamento da proinfiammatorio (antitumorale) ad antinfiammatorio (tolerogenico, protumorale, pro-angiogenico). Questa tesi esamina l'interazione tra macrofagi e cellule endoteliali nel contesto del cancro in presenza di stimoli chimici e meccanici. Nelle colture indirette viene mostrato come il surnatante di organoidi derivati da paziente e macrofagi condizionati aumenti il processo di angiogenesi.