Смертельную опухоль головного мозга впервые напечатали на 3D-принтере

Ученые из Тель-Авивского университета напечатали глиобластому в среде, похожей на мозг, включая сосуды, которые снабжают массу кровью. Исследователи заявили, что это наиболее полная репликация опухоли и окружающей ткани - прорыв, который может помочь в разработке методов лечения.

Глиобластома может быть редкой, но особенно ужасной. Он быстро и агрессивно растет в головном мозге или стволе мозга, не поддается лечению и почти всегда приводит к летальному исходу.

Лечить тоже тяжело. Поскольку рак настолько агрессивен, лечение должно быть довольно жестким, обычно требуя курсов химиотерапии и лучевой терапии, которые пациенты часто становятся слишком больными, чтобы их завершить.

Ткань глиобластомы, взятая и культивированная из опухолей, удаленных от пациентов, является одним из путей, с помощью которого врачи надеются узнать больше об этом дьявольском раке. Обычно это делается на чашках Петри, и это чрезвычайно полезный инструмент, но у него есть ограничения, сказала исследователь рака и ученый Ронит Сатчи-Файнаро из Тель-Авивского университета.

В предыдущем исследовании она и ее команда обнаружили белок под названием P-Selectin, который вырабатывается, когда раковые клетки в глиобластоме сталкиваются с микроглиальными клетками в головном мозге - наиболее известными иммунными клетками в центральной нервной системе.

Этот белок заставляет микроглию действовать в поддержку глиобластомы, а не бороться с ней - с разрушительными результатами для человека.

“Однако мы идентифицировали белок в опухолях, удаленных во время операции, но не в клетках глиобластомы, выращенных на двухмерных пластиковых чашках Петри в нашей лаборатории“, - пояснила она.

“Причина в том, что рак, как и все ткани, ведет себя на пластиковой поверхности совсем иначе, чем в человеческом теле. Примерно 90 процентов всех экспериментальных лекарств терпят неудачу на клинической стадии, потому что успех, достигнутый в лаборатории, не воспроизводится на пациентах“.

Попыткой команды найти решение этого ограничения были биочернила глиобластомы, созданные из клеток глиобластомы, астроцитов и микроглии, полученных от пациента. Используя съемные биочернила, покрытые типами клеток, которые образуют кровеносные сосуды, им также удалось обеспечить свою модель функциональным кровоснабжением.

Каждая модель глиобластомы была напечатана на 3D-принтере в биореакторе в гидрогеле на основе внеклеточного матрикса, также взятого у пациента.

Затем модель глиобластомы была соединена с внеклеточным матриксом и сообщена с ней через кровеносные сосуды, чтобы смоделировать способ взаимодействия опухоли с окружающей тканью мозга. Это дает возможность изучить поведение рака, характерное для окружающей его среды - мозга.

“Физические и механические свойства мозга отличаются от свойств других органов, таких как кожа, грудь или кости“, - сказала Сатчи-Файнаро.

“Ткань груди состоит в основном из жира, костная ткань - в основном из кальция; каждая ткань имеет свои собственные свойства, которые влияют на поведение раковых клеток и их реакцию на лекарства. Выращивание всех типов рака на идентичных пластиковых поверхностях не является оптимальным моделированием в клинических условиях“.

Затем команда проверила свои модели с помощью P-Selectin. Ингибитор P-селектина был введен в культуры глиобластомы, выращенные в чашках Петри, а также в 3D-печатные модели и модели животных. В культурах чашки Петри не наблюдалось изменений в росте или миграции клеток по сравнению с необработанными контролями.

Для моделей, напечатанных на 3D-принтере, и моделей на животных ингибитор P-селектина привел к более медленной скорости роста по сравнению с необработанными контролями.

“Этот эксперимент показал нам, почему потенциально эффективные лекарства редко попадают в клинику просто потому, что они не проходят тесты в 2D-моделях, и наоборот: почему лекарства, считавшиеся феноменально успешными в лаборатории, в конечном итоге терпят неудачу в клинических испытаниях“, - сказала Сайчи-Файнаро.

Генетическое секвенирование и скорость роста опухолей, напечатанных на 3D-принтере, также более точно соответствовали тому, что команда наблюдала у живых пациентов. На двумерных чашках Петри образцы меняются со временем, так что они больше не соответствуют опухолям пациентов, но глиобластомы, напечатанные на 3D-принтере, оставались похожими на образцы пациентов.

Кроме того, все 2D-культуры растут с одинаковой скоростью; тогда как опухоли, напечатанные на 3D-принтере, показали разную скорость роста, что и наблюдается у людей и животных.

Это не только предлагает способ более точного изучения поведения глиобластомы, но и может привести к способам разработки вмешательств для конкретных пациентов.

“Если мы возьмем образец ткани пациента вместе с его внеклеточным матриксом, мы сможем 3D-биопечать из этого образца 100 крошечных опухолей и протестировать множество различных препаратов в различных комбинациях, чтобы найти оптимальное лечение для этой конкретной опухоли“, - объяснила Сайчи-Файнаро. “Но, пожалуй, самым захватывающим аспектом является обнаружение новых белков-мишеней и генов в раковых клетках, которые можно применять с помощью лекарств - очень сложная задача, когда опухоль находится внутри мозга пациента-человека или модельного животного. Наша инновация дает нам беспрецедентный доступ без ограничений по времени к трехмерным опухолям, лучше имитирующим клинический сценарий, что позволяет проводить оптимальные исследования“.

Напомним, ранее сообщалось, что у египетской мумии нашли рак.

Источник