Reconstruction of 3D Human Lymphatic Vessel Network for Oncoimmunological Research

Abstract

The lymphatic vessel (LV) plays an important role in cancer biology as a major route for tumor metastasis. Whereas, recent oncoimmunological approaches have focused its role in immune surveillance. In response to the emerging topics of lymphatic vascular biology, physiologically relevant human cell-based in vitro model is in high demand. This study introduces a 3D in vitro model of human LV within tumor immune microenvironment (TIME) using an injection-molded plastic array culture platform (Lymph-IMPACT). Through spontaneous capillary flow-driven patterning of 3D cellular hydrogel and optimized cellular composition, the platform enables robust and reproducible formation of self-organized LV in vitro. This co-culture model recapitulates cancer cell type-dependent morphogenesis of LV in vitro. Moreover, the robustness of the model enables high-content analysis on the effect of anti-VEGFR3 drug depending on the existence of blood vessels or different types of cancer cells. By virtue of high perfusability of 3D lumenized in vitro LV, a trans-endothelial migration of cytotoxic primary lymphocytes, which is one of the critical processes in anti-tumor immunology, is recapitulated within reconstructed melanoma TIME. From drug testing to cellular migration assays using the high-throughput platform, the Lymph-IMPACT demonstrates its powerful potential to be applied on investigating lymphatic-related strategies for cancer therapeutics.

림프관은 암 생물학 분야에서 암 전이의 통로 역할을 하는 것으로 널리 알려져 있다. 반면, 최근 면역 항암 분야에서 림프관은 면역 감시가 일어나는 곳으로 주목을 받으며, 이에 초점이 맞추어진 연구가 활발히 진행되고 있다. 이렇게 림프관에 관련한 연구 주제가 대두됨에 따라 생체 유사성이 높은 인간 세포 기반 체외 모델의 필요성이 커지고 있다. 위 연구에서는 플라스틱 세포배양 칩을 기반으로 삼차원 인간 림프관을 암-면역 미세환경 내에 구현한 체외 모델을 제시한다. 모세관 힘을 이용한 삼차원 세포-하이드로겔 패터닝과 최적화된 세포 구성으로 재현성 높은 자기 조직화 림프관을 고효율로 구현할 수 있다. 해당 모델을 활용하여 다양한 암세포의 공배양을 통해 사용된 암세포의 종류에 따라 달라지는 림프관의 형태를 재현하였다. 또한, 이 모델의 고효율성을 이용하여 혈관성장인자수용체-3 (anti-VEGFR3) 약물에 대한 반응을 혈관 및 다양한 암세포의 유무에 따라 분석하였다. 그리고 체외 삼차원 림프관의 높은 관류성을 활용하여 면역 항암 분야에서 주요한 과정 중 하나인 세포 독성 림프구의 경내피 이동을 흑색종 미세환경 내에서 재현하였다. 위 모델은 약물 스크리닝부터 세포의 이동 및 독성 활동 구현까지 가능하게 하는 고효율 플랫폼으로, 림프관에 관련한 암 치료법 연구에 강력한 도구로써 적용될 수 있음을 보인다.