Penn State-forskere lægger grundlaget for den præcise skabelse af tumormodeller

Penn State-forskere lægger grundlaget for den præcise skabelse af tumormodeller

Forskere ved Penn State University har formået at 3D bioprinte brystkræfttumorer og behandle dem i en banebrydende undersøgelse for bedre at forstå sygdommen, som er en førende dødsårsag på verdensplan.

Denne videnskabelige premiere lægger grundlaget for den præcise produktion af tumormodeller. Fremskridtet vil muliggøre fremtidig forskning og udvikling af kræftbehandlinger uden brug af "in vivo"; eller "i dyret" -; Eksperiment.

Dette vil hjælpe os med at forstå, hvordan menneskelige immunceller interagerer med solide tumorer. Vi har udviklet et værktøj, der fungerer som en klinisk testplatform til sikkerhed og nøjagtig evaluering af eksperimentelle terapier. Det er også en forskningsplatform for immunologer og biologer til at forstå, hvordan tumoren vokser, hvordan den interagerer med menneskelige celler, og hvordan den metastaserer og spreder sig i hele kroppen."

Ibrahim Ozbolat, professor i teknik og mekanik, biomedicinsk teknik og neurokirurgi ved Penn State University og seniorforfatter af undersøgelsen

Ozbolats laboratorium er specialiseret i 3D-print for at producere en række væv til menneskers sundhed. To tidsskriftsartikler om laboratoriets arbejde ved hjælp af 3D-bioprintning til støtte for brystkræftforskning blev for nylig offentliggjort i Advanced Functional Materials and Biofabrication.

Forskerne brugte en relativt ny teknik kaldet aspirationsassisteret bioprint til præcist at lokalisere tumorer i tre dimensioner og skabe vævet. Forskerne formede derefter vævet til en multiskala vaskulariseret brysttumormodel med blodkar, som de fandt var responsiv på kemoterapi og cellebaserede immunterapilægemidler.

Holdet validerede først nøjagtigheden af ​​deres tumormodel ved at behandle den med doxorubicin, et antracyklinbaseret kemoterapilægemiddel, der almindeligvis anvendes til behandling af brystkræft. Da forskerne fandt ud af, at den bioprintede tumor reagerede på kemoterapi, testede de den i samarbejde med Dr. Derya Unutmaz, en immunolog ved Jackson Laboratory, og udviklede en cellebaseret immunterapibehandling af tumoren.

Forskerne brugte menneskelige CAR-T-celler modificeret gennem genredigering til at genkende og målrette mod en aggressiv form for brystkræftceller. Efter at de redigerede CAR-T-celler cirkulerede gennem tumoren i 72 timer, fandt forskerne ud af, at cellerne i den bioprintede tumor havde genereret et positivt immunrespons og kæmpede mod kræftcellerne.

"Vores model er lavet af menneskelige celler, men det, vi laver, er en meget forenklet version af den menneskelige krop," sagde Ozbolat. "Der er mange detaljer i det oprindelige mikromiljø, som vi ikke kan replikere eller overhovedet overveje. Vi stræber efter enkelhed inden for kompleksitet. Vi ønsker at have en grundlæggende forståelse af, hvordan disse systemer fungerer - og det har vi brug for." Vækstprocessen skal strømlines, da vi ikke har tid til at vente på, at tumorer vokser i deres naturlige tempo."

Ozbolat forklarede, at på trods af bemærkelsesværdige fremskridt inden for kræftbehandling, er der mangel på prækliniske platforme til at teste eksperimentelle kræftlægemidler. At stole på kliniske forsøg for at teste effektiviteten af ​​behandlinger begrænser i sidste ende den vellykkede kliniske oversættelse af kræftterapi, sagde han. Udviklingen af ​​bioprintede modeller kan åbne døren til helt nye måder at forstå tumormikromiljøet og kroppens immunrespons.

"Immunterapi har allerede vist sig lovende som en behandling for hæmatologiske maligniteter," sagde Ozbolat. "I bund og grund bliver patientens immunceller fjernet og gensplejset til at være cytotoksisk for kræftceller og derefter genindført i patientens blodbane. Cirkulation er afgørende, fordi de modificerede celler skal bevæge sig rundt i kroppen. Med tumorer er denne form for effektiv cirkulation essentiel." eksisterer ikke, så vi udviklede vores model for bedre at forstå, hvordan tumorer reagerer på immunterapi."

Ozbolat og hans kolleger arbejder nu med tumorer taget fra rigtige brystkræftpatienter. Forskere vil anvende immunterapimedicin til patientafledte tumorer for at se, hvordan de reagerer.

"Dette er et vigtigt skridt i forståelsen af ​​sygdommens kompleksitet, hvilket er essentielt, hvis vi ønsker at udvikle nye terapier og målrettede behandlinger mod kræft," sagde Ozbolat.

De andre samarbejdspartnere på undersøgelserne er Madhuri Dey, Myoung Hwan Kim, Momoka Nagamine, Ece Karhan og Nazmiye Celik fra Penn State, og Mikail Dogan, Lina Kozhaya og Derya Unutmaz fra Jackson Laboratory for Genomic Medicine.

Immuncellerne til forskningen blev købt kommercielt fra en IRB-godkendt privat virksomhed, der leverer sunde voksne Leukopaks i afidentificeret form til forskningsformål. Arbejdet blev støttet af National Cancer Institute, National Science Foundation, HG Barsumian, MD Memorial Fund og TUBITAK.

Kilde:

Penn State

Reference:

Dey, M., et al. (2022) Kemoterapeutika og CAR T-celle-baseret immunterapeutisk screening på en 3D-bioprint-model af en vaskulariseret brysttumor. Avancerede funktionelle materialer. doi.org/10.1002/adfm.202203966.

.