In vivo selection of phage display libraries was used to isolate peptides that home specifically to tumor blood vessels. When coupled to the anticancer drug doxorubicin, two of these peptides—one containing an α v integrin–binding Arg-Gly-Asp motif and the other an Asn-Gly-Arg motif—enhanced the efficacy of the drug against human breast cancer xenografts in nude mice and also reduced its toxicity. These results indicate that it may be possible to develop targeted chemotherapy strategies that are based on selective expression of receptors in tumor vasculature.

It has been shown that stromal–vascular fraction isolated from adipose tissues contains an abundance of CD34 + cells. Histological analysis of adipose tissue revealed that CD34 + cells are widely distributed among adipocytes and are predominantly associated with vascular structures. The majority of CD34 + cells from freshly isolated stromal–vascular fraction were CD31 − /CD144 − and could be separated from a distinct population of CD34 + /CD31 + /CD144 + (endothelial) cells by differential attachment on uncoated plastic. The localization of CD34 + cells within adipose tissue suggested that the nonendothelial population of these cells occupied a pericytic position. Analysis of surface and intracellular markers of the freshly isolated CD34 + /CD31 − /CD144 − adipose-derived stromal cells (ASCs) showed that >90% coexpress mesenchymal (CD10, CD13, and CD90), pericytic (chondroitin sulfate proteoglycan, CD140a, and CD140b), and smooth muscle (α-actin, caldesmon, and calponin) markers. ASCs demonstrated polygonal self-assembly on Matrigel, as did human microvascular endothelial cells. Coculture of ASCs with human microvascular endothelial cells on Matrigel led to cooperative network assembly, with enhanced stability of endothelial networks and preferential localization of ASCs on the abluminal side of cords. Bidirectional paracrine interaction between these cells was supported by identification of angiogenic factors (vascular endothelial growth factor, hepatocyte growth factor, basic fibroblast growth factor), inflammatory factors (interleukin-6 and -8 and monocyte chemoattractant protein-1 and -2), and mobilization factors (macrophage colony-stimulating factor and granulocyte/macrophage colony-stimulating factor) in media conditioned by CD34 + ASCs, as well a robust mitogenic response of ASCs to basic fibroblast growth factor, epidermal growth factor, and platelet-derived growth factor-BB, factors produced by endothelial cells. These results demonstrate for the first time that the majority of adipose-derived adherent CD34 + cells are resident pericytes that play a role in vascular stabilization by mutual structural and functional interaction with endothelial cells.

Cell culture is an essential tool in drug discovery, tissue engineering and stem cell research. Conventional tissue culture produces two-dimensional cell growth with gene expression, signalling and morphology that can be different from those found in vivo, and this compromises its clinical relevance1,2,3,4,5. Here, we report a three-dimensional tissue culture based on magnetic levitation of cells in the presence of a hydrogel consisting of gold, magnetic iron oxide nanoparticles and filamentous bacteriophage. By spatially controlling the magnetic field, the geometry of the cell mass can be manipulated, and multicellular clustering of different cell types in co-culture can be achieved. Magnetically levitated human glioblastoma cells showed similar protein expression profiles to those observed in human tumour xenografts. Taken together, these results indicate that levitated three-dimensional culture with magnetized phage-based hydrogels more closely recapitulates in vivo protein expression and may be more feasible for long-term multicellular studies. Magnetic levitation of cells with a hydrogel containing magnetic nanoparticles forms a three-dimensional tissue culture suited for various multicellular studies.

Vascular beds are known to differ in structure and metabolic function, but less is known about their molecular diversity. We have studied organ-specific molecular differences of the endothelium in various tissues by using in vivo screening of peptide libraries expressed on the surface of a bacteriophage. We report here that targeting of a large number of tissues with this method yielded, in each case, phage that homed selectively to the targeted organ. Different peptide motifs were recovered from each of these tissues. The enrichment in homing to the target organs relative to an unselected phage was 3-35-fold. Peptide sequences that conferred selective phage homing to the vasculature of lung, skin, and pancreas were characterized in detail. Immunohistochemistry showed that the phage localized in the blood vessels of their target organ. When tested, the phage homing was blocked in the presence of the cognate peptide. By targeting several tissues and by showing that specific homing could be achieved in each case, we provide evidence that organ- and tissue-specific molecular heterogeneity of the vasculature is a general, perhaps even universal, phenomenon. Our results also show that these molecular differences can serve as molecular addresses.