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Phenotypic profiles for anticancer drug responses using tumor spheroids - 23/04/26

Doi : 10.1016/j.biopha.2026.119237 
Youngwon Kim a, Jiseok Lim b, c, , Bongseop Kwak a, c,
a College of Medicine, Dongguk University, 32 Dongguk-ro, Ilsandong-gu, Goyangsi, Gyeonggi-do 10326, Republic of Korea 
b School of Mechanical Engineering, Yeungnam University, 280 Daehak-ro, Gyeongsan-si, Gyeongsangbuk-do 38541, Republic of Korea 
c MediSphere Inc., 280, Daehak-ro, Gyeongsan-si, Gyeongsangbuk-do 38541, Republic of Korea 

Corresponding author at: School of Mechanical Engineering, Yeungnam University, 280 Daehak-ro, Gyeongsan-si, Gyeongsangbuk-do 38541, Republic of Korea. School of Mechanical Engineering, Yeungnam University 280 Daehak-ro Gyeongsan-si Gyeongsangbuk-do 38541 Republic of Korea ⁎⁎ Corresponding author at: College of Medicine, Dongguk University, 32 Dongguk-ro, Ilsandong-gu, Goyangsi, Gyeonggi-do 10326, Republic of Korea. College of Medicine, Dongguk University 32 Dongguk-ro, Ilsandong-gu Goyangsi Gyeonggi-do 10326 Republic of Korea

Abstract

Phenotypic drug discovery enables the evaluation of anticancer drug responses without requiring prior knowledge of molecular targets. Tumor spheroids more accurately recapitulate in vivo tumor architecture compared to conventional monolayer cultures but currently lack standardized drug evaluation criteria. In this study, we fabricated uniform and drug evaluation–optimized tumor spheroids using triple-positive (ER+, PR+, HER2 +) invasive ductal carcinoma cells. Anticancer drugs used in breast cancer were administered at clinically relevant plasma concentrations. We propose drug response evaluation parameters including spheroid size change, morphological features (surface cell size and convexity), and optical transmittance monitored during drug treatment and throughout a defined post exposure observation period. These optical image–based analytical features showed consistent correlations with the respective mechanisms of molecular action and the associated drug response. This study establishes a phenotype-based evaluation system for breast cancer chemotherapy using tumor spheroids, offering a reference model for drug evaluation. Moreover, it proposes quantifiable evaluation parameters for drug screening and provides reference data for assessing investigational compounds, thereby enhancing the utility of spheroids in phenotypic anticancer drug discovery.

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Graphical Abstract




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Highlights

A droplet based microfluidic system was used to fabricate uniform tumor spheroids for phenotypic drug screening.
Breast cancer chemotherapeutics were evaluated using morphological and optical responses of tumor spheroids.
Distinct morphometric features correlated with drug mechanisms of action.
Transmittance analysis provided a real-time, label-free method to assess drug response.

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Keywords : Phenotypic drug discovery, Tumor spheroid, Drug screening, Screening guideline development, Breast cancer drug exposure, Morphological and optical analysis


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Vol 198

Article 119237- mai 2026 Retour au numéro
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