För närvarande utförs de flesta förkliniska studier in vivo med hjälp av djurmodeller, eller in vitro i 2D-cellkulturer. Båda är problematiska eftersom de inte exakt efterliknar den miljö som finns in vivo hos människor, vilket leder till resultat som inte kan extrapoleras exakt till kliniska studier. 3D cellkulturer möjliggör en mer in vivo-liknande modell som möjliggör mer korrekta förutsägelser av dosrelaterad effekt av läkemedel, farmakodynamik och farmakokinetik. Specifikt används hydrogeler ofta som byggnadsställningar för 3D-odling på grund av deras likhet med människokroppens naturliga extracellulära matris (ECM). Tidigare studier har visat att det rekombinanta spindeltrådsproteinet 4RepCT kan självorganisera sig till olika format som även det efterliknar naturlig ECM. Det har även fiktionaliserats med det cellbindande motivet RGD från fibronektin, vilket ger upphov till FN-silke, som underlättar celladhesion och förökning. 

Målet med denna studie är att undersöka om FN-silke kan användas för att förbättra odlingen av epitel- och endotelceller på hydrogeler. Tre olika epitelcellinjer (HaCaT, HEKa och Caco-2) och en endotelcellinje (HDMEC) odlades på både kollagen typ I och fibringeler tillsammans med ett FN-silke. Vid odling på kollagengeler visade endotel- och hudepitelcellinjerna en tydlig förbättring när FN-silke var närvarande. Det var också möjligt att odla endotelceller på kollagengeler belagda med FN-silke efter gelering och samodla dem tillsammans med vaskulära glatta muskelceller på kollagengeler med FN-silkestöd. FN-silke visade sig också ha en positiv inverkan på kollagengelernas mekaniska egenskaper, vilket förhindrar gelkontraktion som annars orsakas av vaskulära glatta muskelceller. Resultaten av denna studie pekar mot FN-silke förbättrar hydrogel 3D-odling av epitel- och endotelceller genom att förbättra celladhesion, förökning och genom att efterlikna basalmembranet som finns in vivo, med potentiella tillämpningar för förkliniska tester, 3D-blodkärlsmodellering och precisionsmedicin.

Currently, most pre-clinical studies are being performed in vivo using animal models, or in vitro in 2D cell cultures. Both are problematic as they do not accurately mimic the environment found in vivo in humans, leading to results that cannot be accurately extrapolated to clinical trials. 3D cell cultures allow for a more in vivo-like model that enables more accurate predictions of drug-dose response rates, pharmacodynamics, and pharmacokinetics. Specifically, hydrogels are often used as scaffolds for 3D culture due to their similarity to the human body’s natural extracellular matrix (ECM). Previous studies have shown that the recombinant spider silk protein, 4RepCT, can self-assemble into different 3D formats resembling the native ECM. It has since been functionalised with the cell-binding motif RGD from fibronectin, giving rise to FN-silk, which facilitates cell adhesion and proliferation. 

The goal of this study is to examine if FN-silk can be used to improve the cultivation of epithelial and endothelial cells on hydrogels. Three different epithelial cell lines (HaCaT, HEKa, and Caco-2) and one endothelial cell line (HDMEC) were cultivated on both collagen type I and fibrin gels containing FN-silk. When cultured on collagen gels, the endothelial and skin epithelial cell lines showed clear improvement when the FN-silk was present. It was also possible to culture endothelial cells on collagen gels coated with the FN silk post-gelation and co-culture them together with vascular smooth muscle cells on collagen gels with FN-silk support. FN-silk was also shown to have a positive impact on collagen gels mechanical properties, preventing gel contraction otherwise caused by the SMCs. The findings of this study, point towards FN-silk improving hydrogel 3D cultivation of epithelial and endothelial cells by improving adhesion, proliferation, and by mimicking the basement membrane found in vivo, with potential applications for pre-clinical testing, 3D blood vessel modelling, and personalised medicine.