サーマルバイオプリンティングは乳がん細胞におけるLUCAT1, IL6, CCL26, NRN1L遺伝子の発現を大幅に変化させ、重要な抗がん剤耐性経路の大規模なリン酸化を引き起こす

Thermal Bioprinting Causes Ample Alterations of Expression of LUCAT1, IL6, CCL26, and NRN1L Genes and Massive Phosphorylation of Critical Oncogenic Drug Resistance Pathways in Breast Cancer Cells.

• Aleli Campbell
• Jonathon E Mohl
• Denisse A Gutierrez
• Armando Varela-Ramirez
• Thomas Boland

抄録

バイオプリンティング技術は工学と生物学の分野を融合させたものであり、これらの技術は大きなトランスレーショナルな可能性を秘めており、再生医療や創薬の未来に多大な影響を与える可能性がある。しかし、サーマルインクジェットによるバイオプリントが乳がん細胞に与える分子効果については、未だ解明されていません。これまでの研究では、バイオプリンティングは創薬や薬理学のための組織モデルに利用できることが示唆されている。我々は、バイオプリント後の別々のタイムポイントでバイオプリントMCF7乳癌細胞の生存率、アポトーシス、リン酸化、およびRNA配列解析を報告する。アネキシンA5-FITCアポトーシス染色を、バイオプリント後2時間と24時間のフローサイトメトリーと組み合わせて使用した。Human phospho-MAPK アレイキットを用いた抗体アレイを、バイオプリント後 24 時間後に実施した。RNA配列解析は、バイオプリント後2、7、24時間後に採取したサンプルで実施した。バイオプリンティング後の細胞生存率の平均は、バイオプリンティング後2と24時間で31と64％のアポトーシス細胞で、24時間と48時間で77と76％であった。21キナーゼの合計は、バイオプリント細胞でリン酸化され、9は、手動で播種したコントロールでリン酸化された。バイオプリントした細胞におけるRNAのシーク解析は、12,235個の遺伝子の合計を同定し、そのうち9.7％が有意に異なる発現を示した。2倍の変化をカットオフとした場合、アップレギュレーションされた遺伝子は266個、ダウンレギュレーションされた遺伝子は206個であり、NRN1L、LUCAT1、IL6、CCL26、LOC401585の5つの遺伝子が特異的に発現していた。このことは、サーマルインクジェットによるバイオプリントが、創薬に利用できる可能性のある大規模な遺伝子変化を刺激していることを示唆している。さらに、バイオプリントは、薬剤耐性、細胞の運動性、増殖、生存、分化に関わる重要な経路を活性化することが示唆された。

Bioprinting technology merges engineering and biological fields and together, they possess a great translational potential, which can tremendously impact the future of regenerative medicine and drug discovery. However, the molecular effects elicited by thermal inkjet bioprinting in breast cancer cells remains elusive. Previous studies have suggested that bioprinting can be used to model tissues for drug discovery and pharmacology. We report viability, apoptosis, phosphorylation, and RNA sequence analysis of bioprinted MCF7 breast cancer cells at separate timepoints post-bioprinting. An Annexin A5-FITC apoptosis stain was used in combination with flow cytometry at 2 and 24 h post-bioprinting. Antibody arrays using a Human phospho-MAPK array kit was performed 24 h post-bioprinting. RNA sequence analysis was conducted in samples collected at 2, 7, and 24 h post-bioprinting. The post-bioprinting cell viability averages were 77 and 76% at 24 h and 48 h, with 31 and 64% apoptotic cells at 2 and 24 h after bioprinting. A total of 21 kinases were phosphorylated in the bioprinted cells and 9 were phosphorylated in the manually seeded controls. The RNA seq analysis in the bioprinted cells identified a total of 12,235 genes, of which 9.7% were significantly differentially expressed. Using a ±2-fold change as the cutoff, 266 upregulated and 206 downregulated genes were observed in the bioprinted cells, with the following 5 genes uniquely expressed NRN1L, LUCAT1, IL6, CCL26, and LOC401585. This suggests that thermal inkjet bioprinting is stimulating large scale gene alterations that could potentially be utilized for drug discovery. Moreover, bioprinting activates key pathways implicated in drug resistance, cell motility, proliferation, survival, and differentiation.

Copyright © 2020 Campbell, Mohl, Gutierrez, Varela-Ramirez and Boland.