Novel method to visualize invasion and metastasis of pancreatic cancer using in vitro microenvironment model constructed by 3D bioprinter

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K19605
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 中村 雅史 九州大学, 医学研究院, 教授 (30372741)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 前山 良 九州大学, 医学研究院, 共同研究員 (10611668) ; 江上 拓哉 九州大学, 医学研究院, 共同研究員 (40507787) ; 中山 功一 佐賀大学, 医学部, 教授 (50420609) ; 森山 大樹 九州大学, 大学病院, 准教授 (70586859) ; 当間 宏樹 九州大学, 医学研究院, 共同研究員 (80437780) ; 大内田 研宙 九州大学, 大学病院, 講師 (20452708)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2019-03-31
• Keywords: 膵癌 / 微小環境 / ３Dバイオプリンター / 癌関連線維芽細胞

Outline of Annual Research Achievements

従来のディッシュ上での２D培養よりもより生体内に近い細胞培養モデルとして近年スフェロイドやオルガノイドが用いられているが、それらにおいても構造物のサイズや細胞の構成において生体内の環境とは大きく異なっている。本研究の目的は癌細胞と癌微小環境中の他の細胞成分を組み合わせたスフェロイドを剣山上に配置する3Dバイオプリンターを用いて膵癌微小環境をin vitroでより忠実に再現し膵癌の浸潤、転移のメカニズムを明らかにすることである。
癌細胞のみでは強固なスフェロイドを作成することは困難であり、膵癌組織中で間質の増生に主に関与している癌関連線維芽細胞を混ぜ、１週間以上培養を続けることで３Dバイオプリンターでの操作に耐えうる強固なスフェロイドを作成することができた。しかし、３Dバイオプリンターで作成した構造体は培養期間が長期に及ぶほど癌細胞が優勢となり構造体の強度が極端に低下した。また、GFPを導入した癌細胞を含む構造体と癌細胞を含まない構造体を接合した構造体を経時的に観察したところ、癌細胞は癌細胞を含まない構造体の方向に浸潤したが、断面の観察では癌細胞は構造体の表面を這って浸潤しており、間質への浸潤はみられなかった。
オルガノイドと癌関連線維芽細胞をゲル内で３D共培養する実験においては癌関連線維芽細胞がオルガノイドの基底膜を破壊することにより癌細胞の周囲への浸潤を促進することが明らかになり、この作用は癌関連線維芽細胞のMT1MMPを阻害することにより抑制された。

Research Products

• [Journal Article] Cancer-associated acinar-to-ductal metaplasia within the invasive front of pancreatic cancer contributes to local invasion. (2019)
  • Author(s): Kibe S, Ohuchida K, Ando Y, Takesue S, Nakayama H, Abe T, Endo S, Koikawa K, Okumura T, Iwamoto C, Shindo K, Moriyama T, Nakata K, Miyasaka Y, Shimamoto M, Ohtsuka T, Mizumoto K, Oda Y, Nakamura M.
  • Journal Title: Cancer Lett. Volume: 444 Pages: 70-81
  • DOI: 10.1016/j.canlet.2018.12.005
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Basement membrane destruction by pancreatic stellate cells leads to local invasion in pancreatic ductal adenocarcinoma (2018)
  • Author(s): Koikawa K, Ohuchida K, Ando Y, Kibe S, Nakayama H, Takesue S, Endo S, Abe T, Okumura T, Iwamoto C, Shindo K, Moriyama T, Nakata K, Miyasaka Y, Ohtsuka T, Nagai E, Mizumoto K, Hashizume M, Nakamura M
  • Organizer: Pancreas 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Fat tissue and pancreatic parenchyma play different roles in pancreatic cancer invasion (2018)
  • Author(s): Ohuchida K, Kibe S, Okumura T, Shindo K, Moriyama T, Nakata K, Miyasaka Y, Ohtsuka T, Nakamura M
  • Organizer: Pancreas 2018
  • Int'l Joint Research