Biodruk 3D w Narodowym Instytucie Onkologii – nowe perspektywy dla medycyny personalizowanej
Współczesne badania nad nowotworami oraz przedkliniczne testowanie leków są oparte głównie na dwuwymiarowych hodowlach komórkowych (2D) oraz modelach zwierzęcych. Jednak tego typu systemy nie oddają złożoności mikrośrodowiska guzów nowotworowych człowieka ani rzeczywistych odpowiedzi guzów na leczenie. W rezultacie, aż 90% obiecujących terapii przeciwnowotworowych nie znajduje potwierdzenia w badaniach klinicznych.
W odpowiedzi na te ograniczenia, w Zakładzie Biologii Nowotworów Narodowego Instytutu Onkologii, zespół badawczy w składzie: dr Agata Kurzyk, dr hab. Anna Szumera-Ciećkiewicz, dr Joanna Miłoszewskiej, dr hab. Magdalena Chechlińska, łącząc doświadczenie i wiedzę, opracował zaawansowane modele komórkowe oparte na technologii biodruku 3D. Modele umożliwiają odtworzenie warunków panujących w mikrośrodowisku guza i znacznie lepsze odwzorowanie sytuacji klinicznej, co ma kluczowe znaczenie dla testowania skuteczności leków oraz przewidywania ich działania.
Nowa era w testowaniu leków przeciwnowotworowych?
W celu zbadania, jak mikrośrodowisko guza kształtuje odpowiedź na leczenie, zespół porównał różne systemy komórkowe, uwzględniając zarówno zaawansowane modele, jak i tradycyjne podejścia.
– W naszym badaniu porównywałyśmy cztery różne modele raka skóry – tłumaczy dr Agata Kurzyk, kierownik projektu. – Z jednej strony stworzyłyśmy zaawansowany, biodrukowany model 3D. Z drugiej – analizowałyśmy prostsze modele: trójwymiarowe struktury zawierające wyłącznie komórki nowotworowe, klasyczne sferoidy oraz standardowe hodowle dwuwymiarowe. To pozwoliło nam sprawdzić, czy mikrośrodowisko nowotworu – czyli złożone komponenty guza – wpływa na odpowiedź na leczenie i który z tych modeli najlepiej odzwierciedla warunki panujące w guzie – dodaje.
Proces biodrukowania krok po kroku:
Testowanie skuteczności leków i długotrwałe obserwacje
Testowanie skuteczności leków oraz długotrwałe obserwacje stanowią kluczowy element procesu badawczego.
– Kluczowym etapem eksperymentów było badanie odpowiedzi na cetuksymab – lek przeciwnowotworowy, który stanowi obiecującą opcję terapeutyczną u pacjentów z zaawansowanym rakiem płaskonabłonkowym skóry, szczególnie w przypadkach, gdy pacjent nie kwalifikuje się do leczenia chirurgicznego lub immunoterapii, bądź gdy immunoterapia okazuje się nieskuteczna – tłumaczy dr Kurzyk. Biodrukowane modele 3D hodowano nawet przez 4 miesiące, co umożliwiło długotrwałą obserwację zmian morfologicznych i strukturalnych zachodzących w odpowiedzi na leczenie. Jak podkreśla badaczka, to właśnie dłuższy czas hodowli oraz obecność kluczowych komponentów mikrośrodowiska, sprawiają, że modele 3D znacznie lepiej niż klasyczne hodowle odwzorowują rzeczywiste warunki panujące w guzach nowotworowych. Zaobserwowałyśmy, że odpowiedź komórek nowotworowych na lek jest w tych modelach istotnie słabsza niż w klasycznych hodowlach 2D czy sferodiach, co odzwierciedla kliniczne wzorce odpowiedzi na cetuksymab – dodaje.
Biodruk 3D – nowa droga do medycyny personalizowanej
Wyniki badań potwierdzają ogromny potencjał biodrukowania 3D jako narzędzia do testowania nowych terapii onkologicznych. Opracowanie zaawansowanych modeli nowotworowych pozwoli nie tylko trafniej oceniać skuteczność leków, ale także zrozumieć złożone interakcje między komórkami nowotworowymi a ich mikrośrodowiskiem, co przyczyni się do dalszego rozwoju medycyny spersonalizowanej.
Publikacja zespołu badaczek została uznana w 2024 roku przez firmę Cellink – światowego lidera w dziedzinie biodrukowania – za jedną z trzech najważniejszych prac naukowych w tym obszarze.
Badania nad opracowaniem nowatorskiego modelu mikrośrodowiska raka płaskonabłonkowego skóry w oparciu o technologię biodruku trójwymiarowego (3D) i ocena odpowiedzi na cetuksymab były finansowane przez Fundację im. Jakuba hr. Potockiego (nr 300/2021).
Link do publikacji: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1758-5090/ad2b06
Llink do cellinka https://www.cellink.com/publications/
