I RICERCATORI UTILIZZANO IL MODELLO DI TUMORE CEREBRALE BIOPRINTATO 3D PER IDENTIFICARE CON SUCCESSO I TRATTAMENTI CONTRO IL CANCRO
Un gruppo di ricercatori statunitensi e tedeschi ha presentato un nuovo modo di studiare il glioblastoma (GBM), un tipo di tumore aggressivo sotto forma di tumore al cervello, utilizzando un modello bioprinted 3D e una piattaforma di imaging.
Queste strutture cerebrali stampate in 3D possono potenzialmente aiutare i professionisti medici a capire meglio come cresce il tumore e ad accelerare la potenziale scoperta di nuovi farmaci per combatterlo. Sono realizzati da una raccolta di cellule cerebrali e biomateriali umani e presentano canali vascolari perfusi che consentono la cultura e la consegna di farmaci a lungo termine, mentre la tecnologia di imaging 3D consente la valutazione non invasiva dei costrutti dei tessuti.
“Questo è un tumore al cervello molto difficile da trattare”, spiega Guohao Dai, professore associato di bioingegneria alla Northeastern University e corrispondente autore dello studio. “Ed è anche difficile fare ricerche sul tumore al cervello, perché non puoi davvero vedere cosa sta succedendo.”
“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.”
La GBM è una forma mortale di tumore al cervello – rappresenta il 15 percento di tutti i tumori cerebrali e il 10 percento di quelli a cui è stato diagnosticato il cancro sopravviverà per più di cinque anni. È difficile per i ricercatori studiare GBM in quanto non sono in grado di osservare direttamente come le cellule tumorali crescono e rispondono al trattamento all’interno di un cervello vivente. Pertanto, in genere vengono condotti studi su topi o ratti, che vengono analizzati per comprendere lo sviluppo del tumore. Tuttavia, gli studi sugli animali sono costosi e richiedono molto tempo, secondo Dai, e non facilitano l’osservazione quotidiana dello stesso tumore nei tessuti viventi.
Per studiare GBM in modo più diretto, Dai e il suo team 3D hanno biografato un modello di tumore GBM in vitro con microambienti che imitano i comportamenti invasivi del tumore. Pertanto, il modello può agire da tessuto cerebrale per l’infiltrazione delle cellule tumorali. Spiegando come il modello è stato biografato, Dai afferma: “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”. L’idrogel è stato usato come matrice per contenere questi cellule al loro posto. “Quindi utilizziamo la stampa 3D per impilarli in modo tridimensionale.”
I ricercatori hanno ottenuto cellule staminali tumorali da glioblastoma da pazienti affetti da tumore al cervello con l’aiuto di Jenny Zou, un neurochirurgo, e Roland Friedel, un neuroscienziato, presso la scuola di medicina del Monte Sinai. Queste celle sono state quindi posizionate nel mezzo del modello bioprinted 3D, che ha uno spessore di pochi millimetri. Ciò ha permesso ai ricercatori di osservare come le cellule tumorali cerebrali invadono in modo aggressivo come farebbero nei pazienti, consentendo al contempo una cultura a lungo termine delle cellule: “Il modello costruito in 3D consente di replicare l’ambiente 3D per l’invasione fisiologica del tumore e le risposte antitreative . L’incorporazione di uno sferoide tumorale nella matrice 3D non solo consente l’invasione del GBM, ma aumenta anche la durata della vita dello sferoide tumorale. È richiesta una cultura a lungo termine per la differenziazione delle cellule staminali tumorali e lo sviluppo della resistenza terapeutica,
Per osservare accuratamente ciò che stava accadendo all’interno del modello 3D senza interromperlo, Xavier Intes, un ingegnere biomedico del Rensselaer Polytechnic Institute, ha scansionato il campione usando un laser, creando un’istantanea 3D della struttura cellulare. La combinazione di questa tecnica di imaging con la bioprinting 3D ha permesso ai ricercatori di valutare come il tumore ha risposto a un farmaco chemioterapico comunemente usato, la temozolomide, valutandone l’efficacia nel processo. Hanno scoperto che il farmaco non ha funzionato a lungo termine, abbinando l’esperienza dei pazienti con glioblastoma. “Abbiamo trattato il tumore con lo stesso tipo di farmaco somministrato a un paziente quando sottoposto a chemioterapia”, ha aggiunto Dai. “Abbiamo monitorato questa chemioterapia per due mesi. E quello che abbiamo scoperto è che la chemioterapia non è stata in grado di uccidere il tumore. “
L’uso del modello ha permesso ai ricercatori di accelerare il processo di determinazione dell’efficacia di un farmaco per il trattamento del glioblastoma. Hanno scoperto che la temozolomide è stata in grado di uccidere le cellule del glioblastoma in modelli bidimensionali, ma quando è stata inserita nel modello bioprintato 3D, il tumore è ricresciuto. Come tale, il metodo è stato efficace nell’identificare precocemente i farmaci senza successo, garantendo quindi che solo i farmaci più promettenti passino a sperimentazioni su animali e, infine, sull’uomo.
