Analysis of drug resistance of hepatocellular carcinoma (HCC) cells in 3d multicellular spheroid model

Abstract

Karaciğer kanseri dünya çapında en sık görülen dördüncü kanserdir ve kansere bağlı ölümlerde altıncı sırada yer almaktadır. Sadece %10-15'i cerrahi rezeksiyona uygundur. Hepatoselüler karsinoma (HSK), local tedavilere ve kemoterapiye karşı direnci arttırdığı için sağkalım oranı düşüktür. İleri evre hastalar için uygulanan Sorafenib bir multikinaz inhibitörüdür ve FDA tarafından 2007 yılında onaylanmıştır. Ancak bu tedavi hasta sağkalım süresini sadece 3 ay uzatıp sorafenib tedavisi gören hastaların çoğunda sorafenibe karşı direnç geliştirmektedir. Başka bir multikinaz inhibitörü olan Regorafenib, Sorafenibe alternatif tedavi olarak bulunmuştur. Regorafenib, sorafenib tedavisi gören hastaların genel sağkalımını artırsa da, bu ilacın etkinliği hakkında sınırlı bilgi vardır. Ön çalışmalarımız, in vitro sorafenib direnci geliştiren hücrelerin de regorafenib direncinin arttığını göstermiştir. Bu nedenle, ileri evre HSK hastaları için sorafenib direncini azaltan ve/veya sorafenib direnci gelişen hücrelerin, regorafenib yanıtını artıran yeni mekanizmaların teşhisi büyük önem taşımaktadır. İlaç çalışmaları için, üç boyutlu (3B) hücre kültürü, tümörün çok boyutlu özelliklerini taklit edip, hücre morfolojisini, çoğalmasını ve ilaç direncini daha iyi yansıtmaktadır. Bu tez kapsamında karaciğer kanseri hücrelerini hepatik stellat hücreler ve makrofajlar ile beraber ko-kültür edilebildiği asılı damla yöntemi ile 3 boyutlu tümör sferoidleri oluşturulması amaçlanmıştır. Bu tezde elde edilen sonuçlar, HSK'daki tümörleri taklit edebilen 3 boyutlu kültür modellerinin geliştirilmesine katkıda bulunmuştur ve sorafenib dirençli tümörlerin regorafenib tedavisi hakkında yeni bilgiler açığa çıkartmıştır. Bu çalışma TÜBİTAK tarafından desteklenmiştir (Proje No: SBAG 118S542).

Liver cancer is the fourth leading cause of cancer deaths and the sixth most common cancer globally. Only 10-15% of the patients are suitable for surgical resection. Hepatocellular carcinoma (HCC) demonstrates resistance to local regional therapies and chemotherapy which results in low survival rates. Sorafenib is a multikinase inhibitor for advanced stage patients. It only increases lifespan for three months and sorafenib resistance is developed in the majority of the patients. Regorafenib, a multikinase inhibitor, was found as an option after Sorafenib therapy. Although regorafenib increases the overall survival of patients who progress on sorafenib, there is limited knowledge about the efficacy of this drug. Our preliminary studies have shown that cells that develop sorafenib resistance in vitro also have increased regorafenib resistance. Therefore, diagnosis of new mechanisms that decrease sorafenib resistance and/or increase the regorafenib response of cells that develop sorafenib resistance is of great importance for advanced HCC patients who will receive these treatments. Three-dimensional (3D) cell culture mimics multidimensional properties of tumors and reflects cell morphology, proliferation and drug resistance of tumors, thus leading to more meaningful results for drug studies. In this thesis, a 3D tumor spheroid model was developed by co-culturing liver cancer cells with hepatic stellate cells and macrophages using the hanging drop method. In this model, the effect of regorafenib treatment on parental and sorafenib resistant spheroids was investigated and the differences between the parental and the drug resistant group were revealed. The results of this thesis contribute to the development of 3D culture models that can mimic tumors in HCC and reveal important data on the effect of regorafenib treatment on sorafenib resistant tumors. This thesis was funded by TÜBİTAK (Project No: SBAG 118S542).