Design and fabrication of a microfluidic system with embedded circular channels for rotary cell culture

The development of functional blood vessels is today a fundamental pillar in the evaluation of new therapies and diagnostic agents. This article describes the manufacture and subsequent functionalization, by means of cell culture, of a microfluidic device with a circular section. Its purpose is to simulate a blood vessel in order to test new treatments for pulmonary arterial hypertension. The manufacture was carried out using a process in which a wire with a circular section determines the dimensions of the channel. To fabricate the blood vessel, cells were seeded under rotary cell culture to obtain a homogeneous cell seeding in the inner wall of the devices. This is a simple and reproducible method that allows the generation of blood vessel models in vitro

Improved microfluidic platform for simultaneous multiple drug screening towards personalized treatment

Development of new targeted therapies is a challenge in the battle against cancer. Although a variety of treatments is currently available, there is no technique for rapidly evaluating the response of cancer patients to the drug. In this work, a microfluidic platform for the real-time simultaneous analysis of the success rate of different nanoparticle based chemotherapeutic drugs is presented. Based on a previous planar chamber and a reported sensitivity enhancing strategy, linear and cross shape microstructures were integrated into the chamber dome of the microfluidic polydimethylsiloxane and glass platform in order to provide a higher fluid mixing and treatment-cell interaction. Several methotrexate (MTX) based treatments (free MTX, MTX loaded Lecithin-PVA nanoparticles, MTX loaded Lecithin-Tween 80 nanoparticles) as well as their respective controls (cell media and both blank nanoparticles) were recirculated through the microchamber over an osteosarcoma cell monolayer. These nanovehicles reduced cell population to less than 20% (LEC-PVA nanoparticles) and 2.3% (LEC-Tween nanoparticles), demonstrating that nanoparticles are a promising target therapy for cancer treatment. Moreover, microstructured platforms demonstrated a higher efficacy in the drug-screening process: due to the liquid folding a higher amount of nanoparticles was internalized by the cells and, therefore, results were observed faster. In fact, the time required to reduce cell viability to the half was nearly a 75% faster. Furthermore, this microfluidic platform offers the capability to test up to five different drugs simultaneously, making it a powerful tool to evaluate the effect of multiple drugs and determine the most effective and personalized treatment

Utilización de microhilos magnéticos para promover la muerte de células de osteosarcoma mediante hipertermia magnética in vitro

Los tratamientos para el cáncer que se llevan a cabo actualmente tienen una serie de limitaciones que, unido a que se trata de técnicas invasivas, hace que se tienda a buscar nuevas alternativas. Una de ellas es la hipertermia dirigida, cuyo objetivo son las células cancerígenas. Se trata de una técnica relativamente nueva, por lo que aún no se ha estudiado en profundidad. En este trabajo, se han utilizado microhilos magnéticos amorfos recubiertos de vidrio para calentar células de osteosarcoma aplicando un campo magnético alterno. De acuerdo con los resultados obtenidos de los ensayos realizados “in vitro”, se puede confirmar que la utilización de estos microhilos magnéticos reduce la proliferación de células cancerígenas dando lugar finalmente a la muerte celular. Además, esta técnica es un proceso mucho menos invasivo que los utilizados actualmente y que requiere exposiciones breves a campos magnéticos débiles. Por todo esto, la hipertermia dirigida se presenta como una alternativa efectiva para el tratamiento de osteosarcoma.Por último, agradecer a Tamag Ibérica S.L. por proporcionarnos los microhilos magnéticos para poder llevar a cabo este estudio y a Fomento de San Sebastián por financiar el proyecto de investigació

Drug-loaded PCL electrospun nanofibers as anti-pancreatic cancer drug delivery systems

Cancer is one of the main causes of death worldwide, being pancreatic cancer the second deadliest cancer in Western countries. Surgery, chemotherapy and radiotherapy form the basis of pancreatic cancer's current treatment. However, these techniques have several disadvantages, such as surgery complications, chemotherapy systemic side effects and cancer recurrence. Drug delivery systems can reduce side effects, increasing the effectivity of the treatment by a controlled release at the targeted tumor cells. In this context, coaxial electrospun fibers can increase the control on the release profile of the drug. The aim of this study was to encapsulate and release different anticancer drugs (5-Fluorouracil and Methotrexate) from a polymeric fiber mat. Different flows and ratios were used to test their effect on fiber morphology, FTIR spectrum, drug encapsulation and release. Good integration of the anticancer drugs was observed and the use of a desiccator for 24 h showed to be a key step to remove solvent remanence. Moreover, the results of this study demonstrated that the polymeric solution could be used to encapsulate and release different drugs to treat cancers. This makes coaxial electrospinning a promising alternative to deliver complex chemotherapies that involve more than one drug, such as FOLFIRINOX, used in pancreatic cancer treatment

TARTESSUS: A customized electrospun drug delivery system loaded with Irinotecan for Local and sustained chemotherapy release in pancreatic cancer

Post-surgical chemotherapy in pancreatic cancer has notorious side effects due to the high dose required. Multiple devices have been designed to tackle this aspect and achieve a delayed drug release. This study aimed to explore the controlled and sustained local delivery of a reduced drug dose from an irinotecan-loaded electrospun nanofiber membrane (named TARTESSUS) that can be placed on the patients' tissue after tumor resection surgery. The drug delivery system formulation was made of polycaprolactone (PCL). The mechanical properties and the release kinetics of the drug were adjusted by the electrospinning parameters and by the polymer ratio between 10 w.t.% and 14 w.t.% of PCL in formic acid:acetic acid:chloroform (47.5:47.5:5). The irinotecan release analysis was performed and three different release periods were obtained, depending on the concentration of the polymer in the dissolution. The TARTESSUS device was tested in 2D and 3D cell cultures and it demonstrated a decrease in cell viability in 2D culture between 72 h and day 7 from the start of treatment. In 3D culture, a decrease in viability was seen between 72 h, day 7 (p < 0.001), day 10 (p < 0.001), 14 (p < 0.001), and day 17 (p = 0.003) as well as a decrease in proliferation between 72 h and day 10 (p = 0.030) and a reduction in spheroid size during days 10 (p = 0.001), 14 (p < 0.001), and 17 (p < 0.001). In conclusion, TARTESSUS showed a successful encapsulation of a chemotherapeutic drug and a sustained and delayed release with an adjustable releasing period to optimize the therapeutic effect in pancreatic cancer treatment

A versatile cancer cell trapping and 1D migration assay in a microfluidic device

Highly migratory cancer cells often lead to metastasis and recurrence and are responsible for the high mortality rates in many cancers despite aggressive treatment. Recently, the migratory behavior of patient-derived glioblastoma multiforme cells on microtracks has shown potential in predicting the likelihood of recurrence, while at the same time, antimetastasis drugs have been developed which require simple yet relevant high-throughput screening systems. However, robust in vitro platforms which can reliably seed single cells and measure their migration while mimicking the physiological tumor microenvironment have not been demonstrated. In this study, we demonstrate a microfluidic device which hydrodynamically seeds single cancer cells onto stamped or femtosecond laser ablated polystyrene microtracks, promoting 1D migratory behavior due to the cells' tendency to follow topographical cues. Using time-lapse microscopy, we found that single U87 glioblastoma multiforme cells migrated more slowly on laser ablated microtracks compared to stamped microtracks of equal width and spacing (p < 0.05) and exhibited greater directional persistence on both 1D patterns compared to flat polystyrene (p < 0.05). Single-cell morphologies also differed significantly between flat and 1D patterns, with cells on 1D substrates exhibiting higher aspect ratios and less circularity (p < 0.05). This microfluidic platform could lead to automated quantification of single-cell migratory behavior due to the high predictability of hydrodynamic seeding and guided 1D migration, an important step to realizing the potential of microfluidic migration assays for drug screening and individualized medicine. Published under license by AIP Publishing

Utilización de microhilos magnéticos para promover la muerte de células de osteosarcoma mediante hipertermia magnética in vitro

Los tratamientos para el cáncer que se llevan a cabo actualmente tienen una serie de limitaciones que, unido a que se trata de técnicas invasivas, hace que se tienda a buscar nuevas alternativas. Una de ellas es la hipertermia dirigida, cuyo objetivo son las células cancerígenas. Se trata de una técnica relativamente nueva, por lo que aún no se ha estudiado en profundidad. En este trabajo, se han utilizado microhilos magnéticos amorfos recubiertos de vidrio para calentar células de osteosarcoma aplicando un campo magnético alterno. De acuerdo con los resultados obtenidos de los ensayos realizados “in vitro”, se puede confirmar que la utilización de estos microhilos magnéticos reduce la proliferación de células cancerígenas dando lugar finalmente a la muerte celular. Además, esta técnica es un proceso mucho menos invasivo que los utilizados actualmente y que requiere exposiciones breves a campos magnéticos débiles. Por todo esto, la hipertermia dirigida se presenta como una alternativa efectiva para el tratamiento de osteosarcoma.Por último, agradecer a Tamag Ibérica S.L. por proporcionarnos los microhilos magnéticos para poder llevar a cabo este estudio y a Fomento de San Sebastián por financiar el proyecto de investigació

Design and fabrication of a microfluidic system with embedded circular channels for rotary cell culture

The development of functional blood vessels is today a fundamental pillar in the evaluation of new therapies and diagnostic agents. This article describes the manufacture and subsequent functionalization, by means of cell culture, of a microfluidic device with a circular section. Its purpose is to simulate a blood vessel in order to test new treatments for pulmonary arterial hypertension. The manufacture was carried out using a process in which a wire with a circular section determines the dimensions of the channel. To fabricate the blood vessel, cells were seeded under rotary cell culture to obtain a homogeneous cell seeding in the inner wall of the devices. This is a simple and reproducible method that allows the generation of blood vessel models in vitro

Integración de microestructuras en dispositivos microfluídicos para la optimización de la interacción tratamientos-monocapa celular en estudios citotóxicos.

El osteosarcoma, que es un cáncer óseo que se da cuando células malignas producidas en tejido óseo inmaduro crecen de manera descontrolada, es uno de los cánceres infantiles (1-14 años) más comunes [1]. Hoy en día, en el 65-70% de los casos en los que este tumor se detecta única y exclusivamente en el hueso, la enfermedad se puede curar. Sin embargo, cuando esta enfermedad se detecta una vez que el tumor ha metastatizado, el porcentaje de supervivencia es extremadamente bajo [2]. El osteosarcoma, y por tanto la metástasis, se detecta generalmente en las fases avanzadas en los niños, dado que muchas veces sus síntomas se infravaloran confundiéndolas con dolores típicos del crecimiento óseo. El tratamiento actual para hacer frente a esta enfermedad está basado en la quimioterapia preoperatoria, cirugía y quimioterapia postoperatoria [3]. La quimioterapia se distribuye por todo el cuerpo indiscriminadamente, produciendo efectos secundarios adversos como pueden ser los cambios en la piel, boca, memoria y médula ósea, pérdida de pelo, náuseas y problemas de fertilidad, entre otros [4]. Estos efectos secundarios adversos están asociados con la falta de capacidad selectiva y especificidad de este tipo de medicamentos contra el cáncer. Es por eso que existe la necesidad de desarrollar tratamientos alternativos que ofrezcan una selectividad y especificidad eficientes, evitando los efectos secundarios mencionados previamente. El uso de nanopartículas lipídicas para la liberación controlada de medicamentos es una alternativa prometedora para un tratamiento más eficaz y menos agresivo para zonas no tumorales. Sin embargo, la validación in vitro de estos vehículos está limitada por el perfil estático de las técnicas actuales, dado que, con técnicas estáticas, no se puede diferenciar si las células tratadas se ven afectadas por el efecto de los medicamentos o por su ahogamiento a causa de las nanopartículas. Por tanto, los dispositivos microfluídicos se presentan como una alternativa dinámica para los ensayos de validación de las nanopartículas

Integración de microestructuras en dispositivos microfluídicos para la optimización de la interacción tratamientos-monocapa celular en estudios citotóxicos.

El osteosarcoma, que es un cáncer óseo que se da cuando células malignas producidas en tejido óseo inmaduro crecen de manera descontrolada, es uno de los cánceres infantiles (1-14 años) más comunes [1]. Hoy en día, en el 65-70% de los casos en los que este tumor se detecta única y exclusivamente en el hueso, la enfermedad se puede curar. Sin embargo, cuando esta enfermedad se detecta una vez que el tumor ha metastatizado, el porcentaje de supervivencia es extremadamente bajo [2]. El osteosarcoma, y por tanto la metástasis, se detecta generalmente en las fases avanzadas en los niños, dado que muchas veces sus síntomas se infravaloran confundiéndolas con dolores típicos del crecimiento óseo. El tratamiento actual para hacer frente a esta enfermedad está basado en la quimioterapia preoperatoria, cirugía y quimioterapia postoperatoria [3]. La quimioterapia se distribuye por todo el cuerpo indiscriminadamente, produciendo efectos secundarios adversos como pueden ser los cambios en la piel, boca, memoria y médula ósea, pérdida de pelo, náuseas y problemas de fertilidad, entre otros [4]. Estos efectos secundarios adversos están asociados con la falta de capacidad selectiva y especificidad de este tipo de medicamentos contra el cáncer. Es por eso que existe la necesidad de desarrollar tratamientos alternativos que ofrezcan una selectividad y especificidad eficientes, evitando los efectos secundarios mencionados previamente. El uso de nanopartículas lipídicas para la liberación controlada de medicamentos es una alternativa prometedora para un tratamiento más eficaz y menos agresivo para zonas no tumorales. Sin embargo, la validación in vitro de estos vehículos está limitada por el perfil estático de las técnicas actuales, dado que, con técnicas estáticas, no se puede diferenciar si las células tratadas se ven afectadas por el efecto de los medicamentos o por su ahogamiento a causa de las nanopartículas. Por tanto, los dispositivos microfluídicos se presentan como una alternativa dinámica para los ensayos de validación de las nanopartículas