Ziel ist der Aufbau eines mikrofluidischen Chips zur Ko-Kultur von Plattenepithelkarzinom der Mundhöhle und vaskulären Endothelzellen, um die Wechselwirkung zwischen den beiden Zelltypen zu überprüfen und den Chip zur Testung der Wirksamkeit von Chemotherapie- und antiangiogenen Medikamenten zu verwenden. Methode: Konstruktion eines doppellagigen PDMS-Chips, getrennt durch eine poröse Poly-p-xylylen-Membran, in dem in die obere Kammer humane Nabelvenenendothelzellen (HUVEC) und in die untere Kammer humane Zungenplattenepithelkarzinomzellen (WSU-HN6) ausgesät wurden. Hydrodynamische Analysen wurden durchgeführt, um den relativen Druck, die Fließgeschwindigkeit und die Scherkraft im Chip zu berechnen. Für obere HUVEC- und untere HN6-Zellen wurden Einzelkultur- sowie Ko-Kultur-Bedingungen eingerichtet. HUVEC wurden in Einzelkulturgruppe (Kontrollgruppe) und Ko-Kulturgruppe mit HN6-Zellen in der unteren Schicht eingeteilt. Analog wurden HN6 in Einzelkulturgruppe und Ko-Kulturgruppe mit HUVEC-Zellen in der oberen Schicht unterteilt. Mit qRT-PCR wurde die mRNA-Expressionslevel von vaskulärem endothelialem Wachstumsfaktor (VEGF), interzellulärem Adhäsionsmolekül 1 (ICAM-1) und Interleukin-8 (IL-8) in HUVEC bestimmt; Immunfluoreszenzfärbung detektierte die VE-Cadherin-Expression. Die transepitheliale elektrische Resistenz testete die Barrierefunktion von HUVEC, und ein Gefäßbildungsassay bewertete die Röhrenbildungskapazität von HUVEC. Mit dem CCK-8-Kit wurde die Vitalität von HN6-Zellen gemessen. qRT-PCR bestimmte die mRNA-Expressionslevel von VEGF, basischem fibroblastischem Wachstumsfaktor (bFGF), N-Cadherin, E-Cadherin und Vimentin in HN6. Immunfluoreszenzfärbung detektierte die Expression epithelialer-mesenchymaler Übergangsmarker (EMT); ein Wundheilungstest bewertete die Migration von HN6, und TUNEL-Färbung analysierte den Apoptosegrad. Ergebnisse: Bei einer Einlass-Flussgeschwindigkeit von 100 μm/s im Chip konnten physiologische Flussbedingungen simuliert werden. Im Ko-Kultur-Gruppe stieg die mRNA-Expression von VEGF und ICAM-1 in HUVEC signifikant an (P<0,01), Anzahl der Verbindungsstellen (P<0,05) und Gesamtlänge der Röhren (P<0,01) in der Gefäßbildungsuntersuchung nahmen deutlich zu, die transepitheliale Elektrische Resistenz sank, und die Morphologie der VE-Cadherin war unvollständig. Die qRT-PCR-Ergebnisse zeigten, dass im Vergleich zu Einzelkulturen von HN6 die Vitalität von HN6 in der Ko-Kultur unverändert war, während die mRNA-Level von VEGF und N-Cadherin signifikant anstiegen (P<0,05), und die von E-Cadherin signifikant sanken (P<0,05). Die Immunfluoreszenz zeigte übereinstimmende Veränderungen der Proteinexpression von EMT-Markern: Anstieg von Vimentin (P<0,001) und N-Cadherin (P<0,01), Abnahme von E-Cadherin (P<0,05). Die 24-stündige Wundheilungsrate von HN6 in der Ko-Kultur war signifikant höher als bei Einzelkultur (P<0,01). Bevacizumab hemmte die Zellmigration (P<0,0001) dosisabhängig, hatte jedoch keine zytotoxischen Effekte auf HN6 und änderte nicht deren Chemosensitivität. Fazit: Der entworfene doppellagige mikrofluidische Chip kann die Interaktion zwischen HN6 und HUVEC nachbilden und eignet sich somit für das Wirkstoff-Screening.

Plattenepithelkarzinom der Mundhöhle; mikrofluidischer Chip; vaskuläre Endothelzellen; Ko-Kultur