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Fluid and Bubble Flow Detach Adherent Cancer Cells to Form Spheroids on a Random Positioning Machine

Cortés-Sánchez, J.L. und Melnik, D. und Sandt, V. und Kahlert, S. und Marchal, S. und Johnson, I. und Calvaruso, M. und Liemersdorf, C. und Wuest, S. und Grimm, D. und Krüger, M. (2023) Fluid and Bubble Flow Detach Adherent Cancer Cells to Form Spheroids on a Random Positioning Machine. Cells, 12 (22), Seite 2665. Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). doi: 10.3390/cells12222665. ISSN 2073-4409.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
15MB

Offizielle URL: https://doi.org/10.3390/cells12222665

Kurzfassung

In preparing space and microgravity experiments, the utilization of ground-based facilities is common for initial experiments and feasibility studies. One approach to simulating microgravity conditions on Earth is to employ a random positioning machine (RPM) as a rotary bioreactor. Combined with a suitable low-mass model system, such as cell cultures, these devices simulating microgravity have been shown to produce results similar to those obtained in a space experiment under real microgravity conditions. One of these effects observed under real and simulated microgravity is the formation of spheroids from 2D adherent cancer cell cultures. Since real microgravity cannot be generated in a laboratory on Earth, we aimed to determine which forces lead to the detachment of individual FTC-133 thyroid cancer cells and the formation of tumor spheroids during culture with exposure to random positioning modes. To this end, we subdivided the RPM motion into different static and dynamic orientations of cell culture flasks. We focused on the molecular activation of the mechanosignaling pathways previously associated with spheroid formation in microgravity. Our results suggest that RPM-induced spheroid formation is a two-step process. First, the cells need to be detached, induced by the cell culture flask’s rotation and the subsequent fluid flow, as well as the presence of air bubbles. Once the cells are detached and in suspension, random positioning prevents sedimentation, allowing 3D aggregates to form. In a comparative shear stress experiment using defined fluid flow paradigms, transcriptional responses were triggered comparable to exposure of FTC-133 cells to the RPM. In summary, the RPM serves as a simulator of microgravity by randomizing the impact of Earth’s gravity vector especially for suspension (i.e., detached) cells. Simultaneously, it simulates physiological shear forces on the adherent cell layer. The RPM thus offers a unique combination of environmental conditions for in vitro cancer research.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/202872/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Fluid and Bubble Flow Detach Adherent Cancer Cells to Form Spheroids on a Random Positioning Machine
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Cortés-Sánchez, J.L.Department of Microgravity and Translational Regenerative Medicine, Otto-von-Guericke University, 39106 Magdeburg, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Melnik, D.Department of Microgravity and Translational Regenerative Medicine, Otto-von-Guericke University, 39106 Magdeburg, Germanyhttps://orcid.org/0009-0006-5989-2906153576978
Sandt, V.Department of Microgravity and Translational Regenerative Medicine, Otto-von-Guericke University, 39106 Magdeburg, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kahlert, S.Institute of Anatomy, University Hospital Magdeburg, 39120 Magdeburg, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Marchal, S.Department of Microgravity and Translational Regenerative Medicine, Otto-von-Guericke University, 39106 Magdeburg, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Johnson, I.Research in Space Environments Group, UniSA Clinical and Health Sciences, University of South Australia, Adelaide, SA 5000, AustraliaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Calvaruso, M.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Liemersdorf, C.Gravitational Biology, Institute of Aerospace Medicine, German Aerospace Centre (DLR), Cologne, Germanyhttps://orcid.org/0000-0001-8407-5226NICHT SPEZIFIZIERT
Wuest, S.School of Engineering and Architecture, CC Aerospace Biomedical Science and Technology, Space Biology Group, Lucerne University of Applied Sciences and Arts, Hergiswil, SwitzerlandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Grimm, D.Department of Biomedicine, Aarhus University, Wilhelm Meyers Allé 4, Aarhus C, DK-8000, DenmarkNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Krüger, M.Department of Microgravity and Translational Regenerative Medicine, Otto-von-Guericke University, 39106 Magdeburg, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:20 November 2023
Erschienen in:Cells
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:12
DOI:10.3390/cells12222665
Seitenbereich:Seite 2665
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Kalyuzhny, ANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)
ISSN:2073-4409
Status:veröffentlicht
Stichwörter:rotating bioreactor; simulated microgravity; cancer cell; shear stress; cell detachment; in vitro metastasis
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R FR - Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Gravisensorik
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin
Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin > Gravitationsbiologie
Hinterlegt von: Anken, Ralf
Hinterlegt am:20 Feb 2024 07:58
Letzte Änderung:26 Feb 2024 11:48

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