Implementation and investigation of artificial skin cancer models using bioimaging and next generation sequencing

I de seneste år er der kommet øget fokus på de videnskabelige og etiske fordele ved at reducere dyreforsøg og erstatte dem med alternative modeller. Hudmodeller er 3D in vitro efterligninger af rigtig hud, som laves ud fra en eller flere hudcelletyper. De er vigtige erstatninger for dyremodeller og kan bruges til at teste lægemidler og kosmetiske produkter samt til forskning indenfor en bred vifte af emner såsom kræftbehandlinger. I december 2022 trådte en ny lov i kraft, som fremover tillader US Food and Drug Administration (FDA) at godkende lægemidler, som ikke er blevet testet på dyr. Dette har gjort udviklingen af hudmodeller mere relevant end nogensinde før, således at vi kan udvikle modeller som på troværdig vis efterligner rigtig hud. Denne ph.d.-afhandling er inddelt i tre kapitler, som hver berører forskellige aspekter af forskning indenfor hudmodeller. I den første del undersøger vi en epidermismodel ved navn rat epidermal keratinocyte (REK) organotypic culture (ROC). ROC-modellen er blevet undersøgt meget gennem årene af andre forskningsgrupper og vores formål med studiet var derfor at bekræfte reproducerbarheden af ROC-modellen. Dernæst var vores formål også at udnytte den proliferative kapacitet i REK-cellelinjen til at udvikle fluorescerende cellelinjer og undersøge ROC-udvikling ved hjælp af mikroskopi. Vores resultater viste, at vi var i stand til at udvikle ROC-modellen i vores laboratorie, og vi fandt, at den havde barriereegenskaber på et sammenligneligt niveau med rigtig human hud og tidligere publicerede data for ROCmodellen. Dette bekræftede reproducerbarheden og stabiliteten af modellen. Dernæst brugte vi live cell-mikroskopi og en hjemmelavet mikroskopi-kompatibel transwell til at optage timelapsevideoer af ROC, mens det udviklede sig i en interfase mellem vand og luft. Vi observerede tidlige tegn på stratificering af REK-cellerne i ROC og konkluderede, at vores transwell kunne være anvendelig til studier af mange forskellige typer væv. I del 2 udvikler vi hudkræftmodeller med modermærkekræft (melanom) og sammenligner dem med almindelige hudmodeller ved brug af RNA-sekventering og bioimaging-teknikker. Vi kom frem til at hudkræftmodellerne afspejlede genudtrykket af rigtig hud og almindelige hudmodeller. Dernæst testede vi 72-timers behandling af en hudkræftmodel med stoffet vemurafenib, som er rettet mod melanom. Vemurafenib reducerede tumorvæksten i modellen, og vi kunne konkludere, at vores model formentlig kunne være brugbar i forskning indenfor behandlinger rettet mod melanom. Den tredje og sidste del omhandler brugen af chimeric antigen receptor (CAR) T-celler til at behandle melanom i en 3D-matrix af kollagen. Denne matrix havde til formål at afspejle forholdene i rigtig hud bedre end de 2D-forsøg, der ofte bliver lavet. I vores forsøg benytter vi en CAR mod CD19 og bruger live cell-mikroskopi til at undersøge interaktioner mellem CD19 CAR T-celler og CD19-positive melanomceller. Vores analyse viste, at CAR T-celler har en tendens til at bevæge sig med langsommere gennemsnitshastigheder igennem kollagen, samt at deres interaktioner med melanomcellerne varer i længere tid sammenlignet med kontrol Tceller. Vi testede 72-timers CAR T-cellebehandling mod melanomsfæroider i kollagenmatrix, hvilket var delvist vellykket og formentlig kan forbedres ved optimering af forsøgsprotokollen. Vi forestiller os, at vores 3D-model er anvendelig til test af enhver CAR og type af vævstumor, og at den vil kunne bidrage til optimering af CAR T-celler med særligt henblik på bedre behandling af vævstumorer, der ofte er at finde i komplicerede tumormiljøer. Alt i alt præsenterer denne ph.d.-afhandling forskellige områder, hvor hudmodeller er vigtige og anvendelige alternativer til dyremodeller, og evaluerer, hvor korrekt de efterligner rigtig human hud. Den fremtidige udvikling og optimering af 3D-modeller er et vigtigt trin mod mere korrekte og etiske betingelser for studier in vitro.