Investigadores bioimprimen un tumor de glioblastoma activo completo utilizando una impresora 3D

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Un logro científico para los investigadores de la Universidad de Tel Aviv: imprimir un tumor de glioblastoma activo y viable completo utilizando una impresora 3D. El tumor bioimpreso en 3D incluye un sistema complejo de tubos con forma de vasos sanguíneos a través de los cuales pueden fluir las células sanguíneas y los medicamentos, simulando un tumor real.

El estudio fue dirigido por el profesor Ronit Satchi-Fainaro, Sackler Faculty of Medicine y Sagol School of Neuroscience, Director del Centro de Investigación en Biología del Cáncer, Jefe del Laboratorio de Investigación del Cáncer y Nanomedicina y Director de Morris Kahn 3D-BioPrinting para la Investigación del Cáncer. Iniciativa, en la Universidad de Tel Aviv. La nueva tecnología fue desarrollada por la estudiante de doctorado Lena Neufeld, junto con otros investigadores del laboratorio del Prof.Satchi-Fainaro: Eilam Yeini, Noa Reisman, Yael Shtilerman, Dr. Dikla Ben-Shushan, Sabina Pozzi, Dr. Galia Tiram, Dr. Anat Eldar-Boock y el Dr. Shiran Farber.

Los modelos bioimpresos en 3D se basan en muestras de pacientes, extraídas directamente de los quirófanos del Centro Médico Tel Aviv Sourasky. Los resultados del nuevo estudio se publicaron hoy en la revista Avances científicos.

«El glioblastoma es el cáncer más mortal del sistema nervioso central, responsable de la mayoría de los tumores cerebrales malignos», dice el prof. Satchi-Fainaro. «En un estudio anterior, identificamos una proteína llamada P-Selectina, que se produce cuando las células cancerosas del glioblastoma se encuentran con microglia, las células del sistema inmunológico del cerebro. en lugar de atacar las células cancerosas mortales, lo que ayuda a que el cáncer se propague. Sin embargo, identificamos la proteína en los tumores extirpados durante la cirugía, pero no en las células de glioblastoma cultivadas en placas de Petri de plástico 2D en nuestro laboratorio. La razón es que el cáncer, como todos los tejidos, se comporta muy diferente en una superficie plástica que en el cuerpo humano. Aproximadamente el 90% de todos los fármacos experimentales fracasan en la fase clínica porque el éxito obtenido en el laboratorio no se reproduce en los pacientes ”.

Para abordar este problema, el equipo de investigación dirigido por el profesor Satchi-Fainaro y la estudiante de doctorado Lena Neufeld, ganadora de la prestigiosa beca Dan David Fellowship, creó el primer modelo bioimpreso en 3D de un tumor de glioblastoma, que incluye tejido canceroso 3D rodeado de matriz extracelular, que se comunica con su microambiente a través de vasos sanguíneos funcionales.

«No se trata solo de células cancerosas», explica el prof. Satchi-Fainaro. «También son las células del microambiente en el cerebro; los astrocitos, microglía y vasos sanguíneos conectados a un sistema de microfluidos, que es un sistema que nos permite llevar sustancias como glóbulos y fármacos a la replicación del tumor. Cada modelo es impreso en un biorreactor que diseñamos en el laboratorio, utilizando un hidrogel extraído y reproducido de la matriz extracelular extraída del paciente, simulando así el propio tejido.Las propiedades físicas y mecánicas del cerebro son diferentes a las de otros órganos, como piel, mama o huesos. El tejido mamario se compone principalmente de grasa, el tejido óseo es principalmente calcio; cada tejido tiene sus propias propiedades, que afectan el comportamiento de las células cancerosas y cómo responden a los medicamentos. Cultivar todos los tipos de cáncer en superficies plásticas idénticas no es una simulación óptima del contexto clínico «.

Después de imprimir con éxito el tumor en 3D, el profesor Satchi-Fainaro y sus colegas demostraron que, a diferencia de las células cancerosas que crecen en placas de Petri, el modelo bioimpreso en 3D tiene el potencial de ser eficaz para una predicción rápida. Tratamiento robusto y reproducible del tratamiento más adecuado para un paciente específico.

«Hemos demostrado que nuestro modelo 3D es más adecuado para predecir la eficacia del tratamiento, el descubrimiento de objetivos y el desarrollo de fármacos de tres formas diferentes. Primero, probamos una sustancia que inhibía la proteína que habíamos descubierto. Recientemente, P-Selectina, en células de glioblastoma cultivadas cultivos en placas de Petri 2D y no encontramos diferencias en la división y migración celular entre las células tratadas y las células control que no recibieron ningún tratamiento. en modelos animales que en modelos 3D bioimpresos pudimos retrasar el crecimiento e invasión del glioblastoma bloqueando la proteína P-selectina Este experimento nos mostró por qué los medicamentos potencialmente efectivos rara vez llegan a la clínica simplemente porque fallan las pruebas en modelos 2D. al revés: porque los medicamentos que se consideran un éxito fenomenal en el laboratorio finalmente fracasan en los ensayos clínicos. Además, en colaboración con el laboratorio del Dr. Asaf Madi del Departamento de Patología de la Facultad de Medicina de la TAU, realizamos la secuenciación genética de las células tumorales cultivadas en el modelo bioimpreso 3D y las comparamos con ambas células tumorales cultivadas en plástico 2D. y células cancerosas extraídas de pacientes. Por lo tanto, demostramos una similitud mucho mayor entre los tumores bioimpresos en 3D y las células de glioblastoma derivadas de pacientes que crecieron junto con las células del estroma cerebral en su entorno natural. Con el tiempo, las células cancerosas que crecieron en el plástico cambiaron considerablemente, y eventualmente perdieron cualquier parecido con las células cancerosas en la muestra de tumor cerebral del paciente. La tercera prueba se obtuvo midiendo la tasa de crecimiento del tumor. El glioblastoma es una enfermedad agresiva en parte porque es impredecible: cuando se inyectan células cancerosas heterogéneas por separado en animales modelo, en algunos el cáncer permanecerá latente, mientras que en otros se desarrollará rápidamente un tumor activo. Esto tiene sentido porque nosotros, como seres humanos, podemos morir pacíficamente de vejez sin saber nunca que hemos albergado tales tumores latentes. Sin embargo, en la placa del laboratorio, todos los cánceres crecen al mismo ritmo y se diseminan al mismo ritmo. En nuestro tumor bioimpreso en 3D, la heterogeneidad se mantiene y el desarrollo es similar al amplio espectro que vemos en pacientes o modelos animales «.

Según el prof. Satchi-Fainaro, este enfoque innovador también permitirá el desarrollo de nuevos fármacos, así como el descubrimiento de nuevos objetivos farmacológicos, a un ritmo mucho más rápido que en la actualidad. Con suerte, esta tecnología facilitará la medicina personalizada para los pacientes en el futuro.

“Si tomamos una muestra del tejido de un paciente, junto con su matriz extracelular, podemos bioimprimir en 3D 100 pequeños tumores de esta muestra y probar muchos medicamentos diferentes en varias combinaciones para encontrar el tratamiento óptimo para este tumor específico. Alternativamente, podemos probar numerosos compuestos en un tumor bioimpreso en 3D y decidir cuál es el más prometedor para un mayor desarrollo e inversión como fármaco potencial, pero quizás el aspecto más interesante es encontrar nuevas proteínas y genes diana de fármacos en las células cancerosas, una tarea muy difícil. cuando el tumor está dentro del cerebro de un paciente humano o de un animal modelo. Nuestra innovación nos ofrece un acceso sin precedentes, sin límites de tiempo, a tumores 3D que imitan mejor el escenario clínico, lo que permite una investigación óptima «.

El estudio fue financiado por la Fundación Morris Kahn, el Consejo Europeo de Investigación (ERC), el Fondo de Investigación del Cáncer de Israel (ICRF), la Asociación del Cáncer de Israel y la Fundación de Ciencias de Israel (ISF) y Check Point Software Technologies LTD.

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