Nel recente articolo ” Una maglia stampata in 3D a rilascio di farmaco (GlioMesh) per la gestione del glioblastoma “, i ricercatori canadesi affrontano il tema dell’uso della stampa 3D per un migliore trattamento del glioblastoma (GBM) come attuali procedure chirurgiche, radioterapia e farmaci non sembrano ancora avere un impatto sui tassi di sopravvivenza.
In questo studio, i ricercatori offrono un nuovo metodo di trattamento, tramite GlioMesh, realizzato con idrogel stampati in 3D che sono riempiti con microparticelle di temozolomide (TMZ). I GBM sono una delle forme più aggressive di cancro al cervello, colpendo quasi il 50% dei pazienti con tumori cerebrali negli Stati Uniti. Oggi, c’è meno del dieci percento di possibilità di sopravvivenza nell’arco di cinque anni per i pazienti con diagnosi di GBM.
“La terapia standard per GBM è la resezione chirurgica massima sicura, seguita da radiazioni e chemioterapia con temozolomide (TMZ) per 6 mesi”, spiegano i ricercatori. “Al termine della radioterapia, la somministrazione mensile di TMZ viene mantenuta per 6 mesi fino a un anno. Insieme, questi in genere aggiungono solo mesi di sopravvivenza aggiuntiva. Anche con gli attuali progressi nelle tecniche microchirurgiche, la ricorrenza del tumore è la norma, che si verifica in genere entro 1-2 cm dal bordo del tumore originale. “
Gli ostacoli nel trattamento / gestione di GBM includono:
Problemi con la completa rimozione del tumore, spesso diffusi in “proiezioni simili a dita”
Inefficacia della chemioterapia per il trattamento di aree profonde all’interno del tessuto cerebrale
Sfide dovute alla barriera ematoencefalica / tumorale
Caratteristiche farmacoresistenti delle cellule staminali tumorali GBM
I ricercatori stanno cercando di:
Aumentare la quantità di tempo di sopravvivenza
Aumentare il tasso di sopravvivenza a lungo termine
Migliorare la qualità della vita per i pazienti
Mentre TMZ può superare la barriera emato-encefalica, spesso sono necessarie dosi elevate e gli effetti collaterali possono essere brutali; tuttavia, i ricercatori spiegano che è possibile aggirare alcune di queste sfide con la consegna localizzata del farmaco. Con la maglia a rilascio di farmaco sviluppata per questo studio (composta da idrogel di alginato e carica di microsfere PLGA caricate con TMZ), i ricercatori hanno scoperto che potevano rilasciare TMZ sul sito del tumore per sette settimane alla volta.
“La fabbricazione di una rete porosa mediante stampa 3D è una tecnologia abilitante che offre i vantaggi di un maggiore trasporto di massa del farmaco verso il tessuto circostante a causa di rapporti più elevati tra superficie e volume, migliore infiltrazione cellulare e consegna migliorata di nutrienti e ossigeno al sottostante tessuto “, hanno spiegato i ricercatori.
Lo studio ha mostrato scarse “efficienze di incapsulamento” dello 0,87 ± 0,52% e 1,34 ± 0,03% per le microsfere preparate con emulsione O / W e W / O / W, rispettivamente. Questo è stato anche il risultato di precedenti ricercatori impegnati in lavori simili. Ulteriori perfezionamenti non hanno mostrato molti miglioramenti.
Quando i ricercatori hanno aumentato la pressione della testina di stampa, sono stati finalmente in grado di depositare più alginato, aumentando il diametro della fibra. Un maggiore controllo sulle maglie stampate in 3D si è verificato con la giusta quantità di viscosità. L’aggiunta di microsfere polimeriche ha anche contribuito a incoraggiare un rilascio più lungo di TMZ sul tumore.
“GlioMesh ha dimostrato un rilascio prolungato di TMZ per 56 giorni, il che elude la necessità di una frequente somministrazione orale di questo farmaco chemioterapico nei pazienti con GBM”, hanno concluso i ricercatori. “GlioMesh ha mostrato un effetto citotossico superiore sulla TMZ libera grazie alla conservazione del farmaco dalla degradazione nel corso del trattamento e al mantenimento del livello di autofagia nelle cellule GBM.
“Inoltre, è stato raggiunto un grado più elevato di danno mitocondriale grazie alla consegna prolungata di TMZ rispetto a TMZ gratuita. Tutto sommato, GlioMesh ha una grande promessa nella gestione della GBM riducendo gli effetti collaterali della chemioterapia, aggirando la BBB e le sfide associate e fornendo una maggiore flessibilità nell’uso di un approccio terapeutico combinatorio su misura per ogni paziente. “
Caratterizzazione di mesh alginate bioprintate 3D. A) Immagini fotografiche della maglia di alginato che rilascia TMZ. L’immagine a destra mostra la flessibilità di GlioMesh, che è una caratteristica adatta per un impianto cerebrale per conformarsi al tessuto sottostante di forma irregolare. B) Immagine SEM di GlioMesh che mostra la sua struttura porosa. C) L’effetto della pressione della testina di stampa sulle caratteristiche della fibra. Una maggiore pressione sull’ugello ha comportato un diametro della fibra maggiore e un rapporto superficie-volume inferiore. Immagini microscopiche di maglia di alginato stampate con pressione 40, 80 e 120 kPa. D) L’effetto della velocità di stampa sulle caratteristiche della fibra bioprintata 3D. La stampa a velocità più elevata ha comportato una riduzione del diametro della fibra e un aumento del rapporto superficie-volume. Immagini microscopiche di maglie di alginato stampate con 250, 350 e 450 mm min-1 di velocità di stampa. E) L’effetto della concentrazione di microsfere sul diametro della fibra nelle maglie stampate in 3D. Il diametro della fibra aumenta con densità di microsfere più elevate. Immagini microscopiche di GlioMesh stampate con 1, 3 e 6 mg ml-1 di concentrazione di microsfere. Ogni punto dati rappresenta la media ± DS con n = 6. * p <0,005 e ** p <0,0005. Dimostrazione schematica di GlioMesh e del suo processo di fabbricazione. A) Tecnica di evaporazione del solvente in emulsione O / O per la fabbricazione di microsfere PLGA caricate con TMZ con elevata efficienza di incapsulamento. B) Preparazione del bioink. C) Stampa 3D di mesh di alginato contenente microsfere PLGA caricate da TMZ. D) Collegamento incrociato della maglia stampata. E) Maglia stampata in 3D, carica di microsfere PLGA a rilascio TMZ. F) L’efficacia di GlioMesh nel trattamento di GBM è stata valutata da vari studi su cellule GBM umane U251 e U87. 
Caratterizzazione di microsfere PLGA preparate con diverse concentrazioni di PLGA. A) Immagini SEM di microsfere PLGA vuote e caricate con TMZ preparate con concentrazione di PLGA dell’1,25%, 5% e 10%. Le barre di scala sono 500 µm. B) Distribuzione dimensionale di microsfere PLGA vuote e caricate con TMZ fabbricate con varie concentrazioni di PLGA. C) Dimensione media delle microsfere PLGA vuote e caricate con TMZ preparate con concentrazione di PLGA 1,25%, 5% e 10%. L’aumento della concentrazione di PLGA ha comportato la fabbricazione di microsfere con diametro medio maggiore. Ogni punto dati rappresenta la media ± DS. * p <0.0005.