La nuova tecnica di imaging aiuta a comprendere i tumori del glioblastoma biostampandoli

La nuova tecnica di imaging aiuta a comprendere i tumori del glioblastoma bioprintati

Con il cancro come seconda principale causa di morte a livello globale, centinaia di ricercatori continuano i loro sforzi per combattere la malattia. Anni di indagini oncologiche hanno suggerito che il cancro di ogni persona ha una combinazione unica di cambiamenti genetici – come le mutazioni nel DNA – eppure alcuni tipi sono considerati più combattivi, incontrollabili e fatali di altri. Nel caso dei glioblastomi, un tumore cerebrale molto aggressivo, il tempo di sopravvivenza mediano è compreso tra 15 e 16 mesinelle persone sottoposte a chirurgia, chemioterapia e radioterapia. Tuttavia, una mediana significa che solo circa la metà di tutti i pazienti con questo tumore sopravvive per questo periodo di tempo. Gli esperti suggeriscono che, poiché il glioblastoma è la forma più mortale di tumore al cervello, meno del 10 percento delle persone a cui viene diagnosticato sopravviverà per più di cinque anni.

I glioblastomi crescono molto velocemente all’interno del cervello. Il National Cancer Institute indica che le sue cellule si copiano rapidamente e molti vasi sanguigni alimentano questi tumori. Negli ultimi mesi abbiamo segnalato diversi ricercatori che stanno sviluppando tecniche di bioprinting per lavorare su diversi modi per affrontare la malattia . Ora un team di scienziati ha creato una nuova tecnica di imaging che consente lo studio dei tumori cerebrali stampati in 3D.

In un recente articolo pubblicato su Science Advances , Xavier Intes, professore di ingegneria biomedica al Rensselaer Polytechnic Institute di New York, si è unito a un team multidisciplinare della Northeastern University di Boston e alla Icahn School of Medicine di Mount Sinai , New York, per dimostrare una metodologia che combina la bioprinting e l’imaging delle cellule di glioblastoma in modo conveniente che modella più da vicino ciò che accade all’interno del corpo umano.

“È necessario comprendere la biologia e la complessità del glioblastoma”, ha affermato Intes, che è anche condirettore del Center for Modeling, Simulation and Imaging for Medicine (CeMSIM) di Rensselaer. “Ciò che è noto è che i glioblastomi sono molto complessi in termini di trucco e questo può differire da paziente a paziente.”

Per creare il loro modello di cellule tumorali 3D, un team, guidato da Guohao Dai, professore associato di bioingegneria presso la Northeastern University e corrispondente autore dello studio, ha realizzato bioink su cellule tumorali di origine paziente e le ha stampate insieme ai vasi sanguigni. Tale vascolarizzazione ha permesso al tessuto stampato di vivere e maturare, consentendo ai ricercatori di studiarlo nel giro di pochi mesi.

Come dettagliato nel documento, una piattaforma integrata ha permesso di generare un modello tumorale in vitro di glioblastoma multiforme (GBM) bioprinted 3D con canali vascolari perfusi che consentono la cultura a lungo termine e la consegna di farmaci, nonché una modalità di imaging 3D – una mesoscopica di seconda generazione sistema di imaging con tomografia molecolare a fluorescenza (2GMFMT) – che consente ai ricercatori di valutare in modo non invasivo i segnali fluorescenti longitudinali sull’intero modello in vitro . E secondo la Northeastern University, questo lavoro potrebbe aiutare i professionisti medici a comprendere meglio come cresce il tumore e ad accelerare la potenziale scoperta di nuovi farmaci per combatterlo.

Lo studio ha indicato che ogni sessione di imaging espone la luce laser sui campioni e che le cellule subiscono condizioni stressanti durante questi lunghi processi di imaging, il che riduce la vitalità cellulare. Pertanto, hanno selezionato una modalità di imaging non solo per il tempo di acquisizione dell’immagine più breve possibile, ma anche senza potenziale fotodamage. 2GMFMT offre il minimo stress sulla coltura cellulare consentendo sessioni di imaging frequenti senza compromettere l’integrità dei tessuti.

“Questo è un tumore al cervello molto difficile da trattare”, ha detto Dai. “Ed è anche difficile fare ricerche sul tumore al cervello, perché non puoi davvero vedere cosa sta succedendo.”

Dai ha anche descritto che gli studi sugli animali (in genere condotti su topi o ratti) per comprendere lo sviluppo di un tumore, sono costosi, richiedono molto tempo e non consentono l’osservazione quotidiana dello stesso tumore nei tessuti viventi. Il laboratorio di Dai, specializzato nella stampa 3D di tessuti vivi, ha sviluppato un modello tridimensionale che funge da tessuto cerebrale da infiltrare nelle cellule tumorali in modo da poter studiare i glioblastomi in modo più diretto.

“Utilizziamo le cellule dei vasi sanguigni del cervello umano e le colleghiamo a tutti i neuroni, i periciti, gli astrociti, i principali tipi di cellule nel cervello umano”, ha detto Dai. “Una sostanza a base d’acqua nota come idrogel funge da matrice per mantenere in posizione queste cellule. Quindi usiamo la stampa 3D per impilarli in modo tridimensionale. ”

Nel mezzo della struttura, che ha uno spessore di pochi millimetri, i ricercatori posizionano le cellule staminali tumorali del glioblastoma. Le cellule derivano da pazienti affetti da tumore al cervello grazie a Hongyan Zou, un neurochirurgo e professore di neuroscienze presso la scuola di medicina del Monte Sinai e capo dello Zou Lab presso la Icahn School of Medicine.

“Possiamo osservare come le cellule tumorali cerebrali invadono in modo aggressivo, proprio come quello che vediamo nei pazienti”, ha continuato Dai. “Invadono ovunque. Abbiamo trattato il tumore con lo stesso tipo di farmaco che dai a un paziente quando viene sottoposto a chemioterapia. Abbiamo monitorato questa chemioterapia per due mesi e abbiamo scoperto che la chemioterapia non è stata in grado di uccidere il tumore. “

Per avere un quadro preciso di ciò che sta accadendo all’interno del modello 3D senza interromperlo, Intes ha utilizzato un laser per scansionare il campione e creare rapidamente un’istantanea 3D della struttura cellulare, una tecnica di imaging sviluppata nel suo laboratorio. Questa combinazione di tecniche ha permesso loro di valutare l’efficacia di un farmaco chemioterapico comunemente usato, la temozolomide (TMZ). Inizialmente, il tumore si è ridotto in risposta ai farmaci, ma poi è ricresciuto rapidamente e in modo aggressivo. Ciò indica che il farmaco non ha funzionato a lungo termine, il che sembra allinearsi con l’esperienza dei pazienti con glioblastoma.

Il trattamento di chemioterapia TMZ ha viaggiato attraverso i canali forniti dai vasi sanguigni bioprinted. Il team afferma che nel corpo, la consegna di farmaci alle cellule del glioblastoma è particolarmente complicata a causa della barriera emato-encefalica, una parete di cellule che impedisce alla maggior parte delle sostanze di raggiungere il cervello. Sembra che il metodo del team fornisca una valutazione più accurata dell’efficacia di un farmaco rispetto all’iniezione diretta della terapia nelle cellule.

Inoltre, Dai ha suggerito che devono sviluppare e sottoporre a screening altri farmaci chemioterapici e questo modello potrebbe essere in grado di accelerare tale processo, poiché questo metodo potrebbe essere utilizzato per eliminare tempestivamente i farmaci senza successo, assicurando che solo i più promettenti si spostino sull’animale e, infine, prove umane.

Dai ha ritenuto che “hai una quantità enorme di tempo e costi associati alla ricerca sugli animali”, ma “con il nostro modello di glioblastoma 3D e la piattaforma di imaging, puoi vedere come le cellule rispondono alle radiazioni o alla chemioterapia molto rapidamente”.

Concludono che oltre alla necessità di guidare lo sviluppo di nuovi farmaci, sono fondamentali i sistemi modello efficienti che consentono valutazioni rapide e predittive dei farmaci candidati. Per fornire contesti sperimentali biologici rilevanti in cui sia possibile valutare l’efficacia del farmaco, sono richiesti un ambiente di crescita tumorale adeguato e capacità di coltura a lungo termine.

La pubblicazione offre un resoconto dettagliato della nuova tecnica che, secondo Intes, potrebbe consentire ai ricercatori di valutare l’efficacia di più farmaci contemporaneamente. Secondo la School of Engineering di Rensselaer, Intes ha sottolineato che non è ancora realistico per studiare l’efficacia di alcune terapie sul tumore di una persona a causa del breve tempo che i medici devono spesso fornire alle cure.

“Abbiamo sviluppato una nuova tecnologia che ci consente di vedere, prima, se le cellule stanno crescendo e poi, se rispondono al farmaco”, ha trasmesso Intes.

Se i glioblastomi sono il tumore cerebrale maligno più comune e uno dei più difficili da trattare, allora questa squadra si sta certamente muovendo nella giusta direzione. Si ritiene che la crescita del tumore del glioblastoma superi quasi sempre la chemioterapia e i trattamenti con radiazioni , quindi i restanti trattamenti disponibili sono principalmente sperimentali. Con così tanta incertezza riguardo al successo del trattamento, nuove tecniche, come questa, offrono un messaggio incoraggiante. I ricercatori si affrettano a imitare le condizioni dei tumori grazie alla bioprinting 3D e alla capacità di generare bioink dalle cellule tumorali derivate dal paziente. Passare dalla ricerca di laboratorio agli studi clinici reali potrebbe richiedere molto tempo, ma almeno la tecnologia sta fornendo le basi solide necessarie per comprendere la vera natura di questi tumori maligni.