Naukowcy z Penn State kładą podwaliny pod precyzyjne tworzenie modeli nowotworów

Naukowcy z Penn State kładą podwaliny pod precyzyjne tworzenie modeli nowotworów

Naukowcom z Penn State University udało się wykonać biodruk 3D guzów raka piersi i leczyć je w ramach przełomowego badania, które pozwoliło lepiej zrozumieć tę chorobę, która jest główną przyczyną zgonów na całym świecie.

Ta naukowa premiera kładzie podwaliny pod precyzyjną produkcję modeli nowotworów. Postęp umożliwi przyszłe badania i rozwój terapii przeciwnowotworowych bez stosowania „in vivo”; lub „w zwierzęciu” –; Eksperyment.

Pomoże nam to zrozumieć, w jaki sposób ludzkie komórki odpornościowe oddziałują z guzami litymi. Opracowaliśmy narzędzie, które służy jako platforma testów klinicznych w celu zapewnienia bezpieczeństwa i dokładnej oceny terapii eksperymentalnych. Jest to także platforma badawcza dla immunologów i biologów, pozwalająca zrozumieć, w jaki sposób guz rośnie, jak wchodzi w interakcje z komórkami ludzkimi oraz w jaki sposób daje przerzuty i rozprzestrzenia się po organizmie”.

Ibrahim Ozbolat, profesor inżynierii i mechaniki, inżynierii biomedycznej i neurochirurgii na Penn State University oraz główny autor badania

Laboratorium Ozbolata specjalizuje się w druku 3D w celu produkcji szeregu tkanek służących zdrowiu ludzkiemu. Niedawno w czasopismach Advanced Functional Materials i Biofabrication opublikowano dwa artykuły w czasopismach na temat pracy laboratorium wykorzystującego biodruk 3D do wspierania badań nad rakiem piersi.

Naukowcy wykorzystali stosunkowo nową technikę zwaną biodrukiem wspomaganym aspiracją, aby precyzyjnie zlokalizować guzy w trzech wymiarach i stworzyć tkankę. Następnie badacze ukształtowali tkankę w wieloskalowy model unaczynionego guza piersi z naczyniami krwionośnymi, który, jak odkryli, reagował na chemioterapię i leki immunoterapeutyczne oparte na komórkach.

Zespół najpierw sprawdził dokładność modelu nowotworu, podając mu doksorubicynę – lek stosowany w chemioterapii na bazie antracyklin, powszechnie stosowany w leczeniu raka piersi. Kiedy naukowcy odkryli, że guz z biodrukiem reaguje na chemioterapię, przetestowali go we współpracy z dr Deryą Unutmaz, immunologiem z Jackson Laboratory, opracowując immunoterapię komórkową nowotworu.

Naukowcy wykorzystali ludzkie komórki CAR-T zmodyfikowane poprzez edycję genów, aby rozpoznać i obrać za cel agresywną formę komórek raka piersi. Po tym, jak zmodyfikowane komórki CAR-T krążyły w guzie przez 72 godziny, naukowcy odkryli, że komórki w obrębie guza poddanego biodrukowi wygenerowały pozytywną odpowiedź immunologiczną i walczyły z komórkami nowotworowymi.

„Nasz model składa się z ludzkich komórek, ale to, co robimy, to bardzo uproszczona wersja ludzkiego ciała” – powiedział Ozbolat. „W natywnym mikrośrodowisku istnieje wiele szczegółów, których nie możemy odtworzyć ani nawet wziąć pod uwagę. Dążymy do prostoty w ramach złożoności. Chcemy mieć podstawową wiedzę na temat działania tych systemów – a tego potrzebujemy”. Należy usprawnić proces wzrostu, ponieważ nie mamy czasu czekać, aż nowotwory będą rosły w swoim naturalnym tempie”.

Ozbolat wyjaśnił, że pomimo niezwykłych postępów w leczeniu nowotworów brakuje przedklinicznych platform do testowania eksperymentalnych leków przeciwnowotworowych. Poleganie na badaniach klinicznych w celu sprawdzenia skuteczności leczenia ostatecznie ogranicza pomyślne kliniczne zastosowanie leków przeciwnowotworowych, powiedział. Opracowanie modeli biodrukowanych może otworzyć drzwi do zupełnie nowych sposobów zrozumienia mikrośrodowiska guza i odpowiedzi immunologicznej organizmu.

„Immunoterapia okazała się już obiecująca w leczeniu nowotworów hematologicznych” – powiedział Ozbolat. „Zasadniczo komórki odpornościowe pacjenta są usuwane i poddawane inżynierii genetycznej tak, aby były cytotoksyczne dla komórek nowotworowych, a następnie ponownie wprowadzane do krwioobiegu pacjenta. Krążenie jest kluczowe, ponieważ zmodyfikowane komórki muszą poruszać się po organizmie. W przypadku nowotworów ten rodzaj skutecznego krążenia jest niezbędny”. nie istnieje, dlatego opracowaliśmy nasz model, aby lepiej zrozumieć, w jaki sposób guzy reagują na immunoterapię”.

Ozbolat i jego współpracownicy pracują obecnie z guzami pobranymi od prawdziwych pacjentów z rakiem piersi. Naukowcy zastosują leki immunoterapeutyczne w leczeniu nowotworów pochodzących od pacjentów, aby zobaczyć, jak zareagują.

„To ważny krok w zrozumieniu złożoności choroby, który jest niezbędny, jeśli chcemy opracować nowe terapie i terapie celowane przeciwko nowotworowi” – ​​powiedział Ozbolat.

Pozostali współpracownicy biorący udział w badaniach to Madhuri Dey, Myoung Hwan Kim, Momoka Nagamine, Ece Karhan i Nazmiye Celik z Penn State oraz Mikail Dogan, Lina Kozhaya i Derya Unutmaz z Jackson Laboratory for Genomic Medicine.

Komórki odpornościowe do badań zakupiono komercyjnie od prywatnej firmy zatwierdzonej przez IRB, która dostarcza zdrowe dorosłe leukopaki w niezidentyfikowanej formie do celów badawczych. Prace wsparły Narodowy Instytut Raka, Narodowa Fundacja Nauki, HG Barsumian, MD Memorial Fund i TUBITAK.

Źródło:

Stan Penn

Odniesienie:

Dey, M. i in. (2022) Chemioterapeutyki i badania immunoterapeutyczne oparte na komórkach CAR T na trójwymiarowym modelu bioprintu unaczynionego guza piersi. Zaawansowane materiały funkcjonalne. doi.org/10.1002/adfm.202203966.

.