Three-dimensional cell culture has many advantages over monolayer cultures, and spheroids have been hailed as the best current representation of small avascular tumours in vitro. However their adoption in regular screening programs has been hindered by uneven culture growth, poor reproducibility and lack of high-throughput analysis methods for 3D. The objective of this study was to develop a method for a quick and reliable anticancer drug screen in 3D for tumour and human foetal brain tissue in order to investigate drug effectiveness and selective cytotoxic effects. Commercially available ultra-low attachment 96-well round-bottom plates were employed to culture spheroids in a rapid, reproducible manner amenable to automation. A set of three mechanistically different methods for spheroid health assessment (Spheroid volume, metabolic activity and acid phosphatase enzyme activity) were validated against cell numbers in healthy and drug-treated spheroids. An automated open-source ImageJ macro was developed to enable high-throughput volume measurements. Although spheroid volume determination was superior to the other assays, multiplexing it with resazurin reduction and phosphatase activity produced a richer picture of spheroid condition. The ability to distinguish between effects on malignant and the proliferating component of normal brain was tested using etoposide on UW228-3 medulloblastoma cell line and human neural stem cells. At levels below 10 µM etoposide exhibited higher toxicity towards proliferating stem cells, whereas at concentrations above 10 µM the tumour spheroids were affected to a greater extent. The high-throughput assay procedures use ready-made plates, open-source software and are compatible with standard plate readers, therefore offering high predictive power with substantial savings in time and money.

Larval therapy has been reported to exert beneficial actions upon chronic wound healing by promoting granulation tissue formation, antimicrobial activity and degrading necrotic tissue. However, the use of live maggots is problematic for patient acceptance, and thus there is a need to develop materials which can adsorb and release therapeutic biomolecules from maggot secretions. Here we describe the fabrication of a novel bioactive scaffold that can be loaded with Lucilia sericata maggot excretion/secretion ( L. sericata maggot E/S) for wound therapy, and which also provides structural stability for mammalian cell growth and migration. We show that electrospun scaffolds can be prepared from polycaprolactone-poly (ethylene glycol) −block copolymer (PCL −b −PEG) blended with PCL, to form fibres with average diameters of ~4µm. We further demonstrate that the fibres are able to be loaded with L. sericata maggot E/S fluids, in order to influence fibroblast migration through protease activity. Finally, we show that after 21 days, the cumulative amount of released L. sericata maggot E/S was ~14 µg/mL from PCL −b −PEG/PCL scaffolds and that the protease activity of L. sericata maggot E/S was preserved when PCL −b −PEG/PCL scaffolds were used as the release platform.

Abstract Biomechanical cues from the extracellular matrix (ECM) are essential for directing many cellular processes, from normal development and repair, to disease progression. To better understand cell-matrix interactions, we have developed a new instrument named ‘OptoRheo’ that combines light sheet fluorescence microscopy with particle tracking microrheology. OptoRheo lets us image cells in 3D as they proliferate over several days while simultaneously sensing the mechanical properties of the surrounding extracellular and pericellular matrix at a sub-cellular length scale. OptoRheo can be used in two operational modalities (with and without an optical trap) to extend the dynamic range of microrheology measurements. We corroborated this by characterising the ECM surrounding live breast cancer cells in two distinct culture systems, cell clusters in 3D hydrogels and spheroids in suspension culture. This cutting-edge instrument will transform the exploration of drug transport through complex cell culture matrices and optimise the design of the next-generation of disease models.

Mesenchymal stem cells have been the focus of intense research in bone development and regeneration. We demonstrate the potential of microparticles as modulating moieties of osteogenic response by utilizing their architectural features. Topographically textured microparticles of varying microscale features were produced by exploiting phase-separation of a readily-soluble sacrificial component from polylactic acid. The influence of varying topographical features on primary human mesenchymal stem cell attachment, proliferation and markers of osteogenesis was investigated. In the absence of osteoinductive supplements, cells cultured on textured microparticles exhibited notably increased expression of osteogenic markers relative to conventional smooth microparticles. They also exhibited varying morphological, attachment and proliferation responses. Significantly altered gene expression and metabolic profiles were observed, with varying histological characteristics in vivo. This study highlights how tailoring topographical design offers cell-instructive 3D microenvironments which allow manipulation of stem cell fate by eliciting the desired downstream response without use of exogenous osteoinductive factors.

DNA technology has emerged as a promising route to accelerated manufacture of sequence agnostic vaccines. For activity, DNA vaccines must be protected and delivered to the correct antigen presenting cells. However, the physicochemical properties of the vector must be carefully tuned to enhance interaction with immune cells and generate sufficient immune response for disease protection. In this study, we have engineered a range of polymer-based nanocarriers based on the poly(beta-amino ester) (PBAE) polycation platform to investigate the role that surface poly(ethylene glycol) (PEG) density has on pDNA encapsulation, formulation properties and gene transfectability both in vitro and in vivo. We achieved this by synthesising a non-PEGylated and PEGylated PBAE and produced formulations containing these PBAEs, and mixed polyplexes to tune surface PEG density. All polymers and co-formulations produced small polyplex nanoparticles with almost complete encapsulation of the cargo in all cases. Despite high gene transfection in HEK293T cells, only the fully PEGylated and mixed formulations displayed significantly higher expression of the reporter gene than the negative control in dendritic cells. Further in vivo studies with a bivalent SARS-CoV-2 pDNA vaccine revealed that only the mixed formulation led to strong antigen specific T-cell responses, however this did not translate into the presence of serum antibodies indicating the need for further studies into improving immunisation with polymer delivery systems.