Nuovo metodo: l’immersione bioprinting degli organoidi tumorali aumenterà la produttività dello screening farmacologico 3D
I test antidroga e lo screening per la scoperta di farmaci antitumorali possono richiedere anni e le colture cellulari 2D e i modelli animali utilizzati per stimarne l’efficacia prima di raggiungere gli studi sull’uomo non sono spesso rappresentativi del corpo umano, motivo per cui i ricercatori si stanno rivolgendo alle tecnologie di bioprinting per aumentare il successo valutare durante le prove umane fornendo dati preclinici specifici per l’uomo. Nel 2018 ci sono stati 17 milioni di nuovi casi di cancro in tutto il mondo e la malattia dovrebbe colpire 27,5 milioni di persone ogni anno entro il 2040, questo elevato livello di incidenza rende la lotta contro la malattia un motivo sufficiente per i ricercatori di prendere in considerazione nuove tecnologie che potrebbero accelerare le scoperte e gli screening dei farmaci. Sebbene sia ancora nella sua fase di laboratorio, un nuovo sviluppo che utilizza la bioprinting ad immersione di organoidi umani potrebbe cambiare lo screening 3D dei farmaci.
I ricercatori della Cornell University , della Wake Forest School of Medicine , del Virginia Polytechnic Institute e della State University e dell’Ohio State University hanno pubblicato un articolo in Micromachines , dimostrando una tecnica di stampa ad immersione per la bioprinting di organoidi tissutali in piastre da 96 pozzetti per aumentare la produttività del farmaco 3D selezione. Usando un bioink di idrogel composto da acido ialuronico (HA) e collagene, sono stati in grado di stamparlo in un bagno di gelatina viscosa, che impedisce al bioink di interagire con le pareti del pozzo e fornisce supporto per mantenere una forma sferica.
Secondo l’articolo, l’uso di organoidi a base di cellule umane bioingegnerizzate potrebbe non solo aumentare la probabilità di successo durante gli studi sull’uomo, ma potrebbe anche essere utilizzato per la diagnostica medica personalizzata per ottimizzare le terapie in malattie come il cancro . Tuttavia, suggeriscono che una limitazione nell’impiego di organoidi nello screening farmacologico è stata la difficoltà nel creare un gran numero di organoidi omogenei in fattori di forma compatibili con screening ad alta produttività, quindi il bioprinting può essere utilizzato per aumentare la deposizione di tali organoidi e costrutti di tessuto.
Il team di scienziati impiegato due bioprinters disponibili in commercio per valutare la compatibilità del collagene-HA idrogel e idrogel HyStem-HP: Cellink ‘s INKredible bioprinter e Allevi ‘ Allevi2 bioprinter s. Questo metodo è stato validato utilizzando diverse linee cellulari cancerose e quindi applicato al glioblastoma (GBM) derivato dal paziente – un tumore cerebrale in rapida crescita – e ai biospecimen sarcoma (o tumore maligno) per lo screening dei farmaci.
Per l’analisi iniziale della biocompatibilità dell’idrogel, i ricercatori hanno utilizzato due linee cellulari comuni: il cancro del fegato umano e il cancro del colon-retto umano.
Durante l’esecuzione dell’elaborazione di biospecimen di tumore derivata dal paziente, hanno ottenuto due glioblastomi e un biospecimen di sarcoma da tre pazienti trattati chirurgicamente in aderenza alle linee guida dei protocolli IRB del Wake Forest Baptist Medical Center . Questi biospecimen sono stati trasformati in sospensioni cellulari, producendo con successo milioni di cellule vitali da ciascun campione. Le cellule sono state quindi combinate con il bioink collagene-HA per l’impiego nella bioprinting ad immersione. Dopo la bioprinting, gli organoidi tumorali (PTO) derivati dal paziente con sarcoma e GBM sono stati mantenuti nell’incubatrice per sette giorni, dopo di che è stato avviato uno studio di screening della chemioterapia.
I ricercatori affermano che mentre le loro PTO sono state utili per la modellizzazione delle malattie, lo studio meccanicistico e lo sviluppo di farmaci, hanno anche usato questi modelli in senso diagnostico per influenzare la terapia, che potrebbe essere solo l’obiettivo finale del loro lavoro.
Questo approccio di bioprinting 3D chiamato bioprinting ad immersione è un modo efficace per superare i limiti che hanno afflitto i sistemi organoidi tumorali. Gli esperti, in questo caso, suggeriscono che ci sono stati pochi progressi riguardo agli approcci al processo di stampa stesso o alla generazione di nuovi bioink più facili da usare. Indicando che “sfortunatamente, molti studi di bioprinting sono in qualche modo ripetitivi, ricadendo sui biomateriali tradizionali e sui loro approcci di reticolazione, che non sono mai stati sviluppati per essere bioprintati o per rappresentare accuratamente le complessità dell’ECM nativo (matrice extracellulare)”.
I risultati dello studio pubblicato suggeriscono che la realizzazione di questa tecnologia in grado di fabbricare PTO in modo coerente e ad alto rendimento fornirà un prezioso strumento ex vivo / in vitro che può essere implementato per molti studi successivi, tra cui la scoperta di obiettivi, indagini meccanicistiche di biologia del tumore, sviluppo di farmaci e schermate personalizzate dei farmaci per facilitare la selezione del trattamento in clinica.
L’oncologia clinica si trova ad affrontare alcune sfide critiche durante questo decennio, dalla progettazione inefficiente della sperimentazione all’integrazione di nuove tecnologie nella diagnostica e nelle tracce della droga. Tuttavia, i progressi nelle nuove metodologie, dalla progettazione hardware a bioink migliorati sviluppati appositamente per il bioprinting, stanno aprendo nuove opportunità per le applicazioni basate sul bioprinting. Questo nuovo studio, in particolare, suggerisce che con i progressi nell’hardware, nel software, nei bioink funzionali derivati dall’ECM e nelle modifiche ai protocolli di stampa, il bioprinting può essere sfruttato non solo per stampare strutture di tessuto più grandi, ma anche un gran numero di tessuti micro-scalati e modelli tumorali per applicazioni come sviluppo di farmaci, diagnostica e medicina personalizzata.
