Characterization of doxorubicin-sensitive and -resistant colorectal cancer cell spheroids

Abstract

Cancer is one of the leading causes of death worldwide. The research on tumor microenvironment has recently been gaining attention due to its important role in tumor growth, progression, and response to therapy. Because of this, the development of cancer models that resemble tumors in vivo is of great relevance to cancer research and drug development. Recently, there have been developments in the use of 3D cancer models due to their ability to mimic tumor microenvironment interactions and tumor complexity. In order to be used, these models must first be thoroughly studied. This project aimed to characterize the evolution of different types of spheroids over time. The spheroids were produced from monocultures of doxorubicin-sensitive or -resistant colorectal cancer cells, or cocultures with these cells and fibroblasts. Therefore, their study allowed the comparison between the effects of doxorubicin resistance and the influence of the tumor microenvironment (in this case represented by fibroblasts) on the development of spheroids. Different techniques, namely fluorescence microscopy, transmission electron microscopy, Western blot, and RT-qPCR, were used to assess spheroid growth, viability, hypoxia, and doxorubicin internalization. The results showed that although distinct types of spheroids have a similar growth pattern and develop a necrotic and hypoxic core, they also have some differences. Doxorubicin resistance affects spheroid condensation, while the presence of fibroblasts affects cell viability and the presence of hypoxia. As for the internalization of doxorubicin, it is affected by both doxorubicin resistance and the presence of fibroblasts. Altogether, these results show the importance of studying the interactions of tumors with their microenvironment, as well as drug resistance. However, further work is still needed to support these results.

O cancro é uma das principais causas de morte a nível mundial. A investigação sobre o microambiente tumoral tem vindo a ganhar importância devido à sua função no crescimento, progressão e resposta à terapia. Desta forma, o desenvolvimento de modelos de cancro que se assemelhem a tumores in vivo é de grande relevância para a pesquisa e desenvolvimento de novos fármacos contra o cancro. Recentemente, tem havido o desenvolvimento de modelos 3D devido à sua capacidade de reproduzir as interações do microambiente tumoral e a complexidade tumoral. Para serem utilizados, estes modelos têm primeiro de ser estudados em profundidade. O objetivo deste projeto foi caracterizar a evolução de diferentes tipos de esferoides ao longo do tempo. Os esferoides foram produzidos a partir de monoculturas de células de cancro colorretal sensíveis ou resistentes à doxorrubicina, ou co-culturas com estas células e fibroblastos. Portanto, o seu estudo permitiu a comparação entre os efeitos da resistência à doxorrubicina e a influência do microambiente tumoral (neste caso representado pelos fibroblastos) no desenvolvimento dos esferoides. Foram utilizadas diferentes técnicas, nomeadamente microscopia de fluorescência, microscopia eletrónica de transmissão, Western blot, e RT-qPCR, de modo a avaliar o crescimento dos esferoides, viabilidade, hipoxia e internalização de doxorrubicina. Os resultados mostram que, embora tipos distintos de esferoides tenham um padrão de crescimento semelhante e desenvolvam um centro necrótico e hipóxico, também apresentam algumas diferenças. A resistência à doxorrubicina afeta a condensação dos esferoides, enquanto a presença de fibroblastos afeta a viabilidade celular e a presença de hipoxia. Quanto à internalização da doxorrubicina, esta é afetada tanto pela resistência à doxorrubicina como pela presença de fibroblastos. No seu conjunto, estes resultados mostram a importância de estudar as interações dos tumores com o microambiente, bem como a resistência aos fármacos. No entanto, é ainda necessário mais trabalho para apoiar estes resultados.