Aprendo la strada per testare farmaci sperimentali in ambienti più realistici, gli scienziati del National Institute of Standards and Technology (NIST) hanno scoperto come far crescere minuscole colonie di cellule in nuovi modi utili all'interno delle piastre di Petri.

Le scoperte del team di ricerca potrebbero aiutare i progettisti di tecnologie "lab-on-a-chip" in miniatura a far crescere colonie tridimensionali di cellule tumorali del fegato all'interno delle minuscole camere di un chip, piuttosto che le semplici colonie bidimensionali che generalmente possono coltivare ora. Poiché molti tumori del tessuto solido sono essi stessi tridimensionali, Gli array di cellule 3D potrebbero fornire ambienti biologici più realistici per testare i prodotti farmaceutici rispetto a quelli attualmente disponibili.

"Poiché le linee cellulari tumorali sono comunemente utilizzate per testare i composti antitumorali, la comunità biomedica è attivamente alla ricerca di modi per testare questi farmaci in colture cellulari 3D, " ha detto Darwin Reyes-Hernandez, un ingegnere biomedico al NIST. "I nostri risultati potrebbero aiutare a colmare il divario tra le analisi delle cellule in laboratorio e nelle creature viventi, un divario che attualmente limita i processi di scoperta dei farmaci".

Per mantenere la promessa della tecnologia lab-on-a-chip, l'interno del chip deve avere molte caratteristiche in comune con il corpo stesso, come molti diversi tipi di cellule che crescono in presenza l'uno dell'altro. Gli scienziati possono già esplorare cosa farebbe un singolo tipo di cellula in presenza di una molecola di farmaco semplicemente coltivandole insieme in una capsula di Petri da laboratorio. Ma le droghe devono funzionare nel corpo, non solo un esperimento di laboratorio. Per studiare le interazioni cellula-cellula in modo controllato, gli scienziati coltivano più tipi di cellule nel piatto, far crescere ogni tipo in un luogo diverso modificando le caratteristiche della superficie di coltivazione, una tecnica chiamata micropatterning.

Il team NIST, i cui membri sono specializzati nelle tecnologie microfluidica che formerebbero gran parte del laboratorio sull'ambiente fisico di un chip, inizialmente aveva l'obiettivo di far crescere due diversi tipi di cellule umane fianco a fianco su una superficie:le cellule tumorali del fegato e le cellule endoteliali, che rivestono i vasi sanguigni nel corpo e sono fondamentali per la progressione del cancro. Trovare semplicemente un modo per creare questo confine condiviso tra due tipi di cellule sarebbe stato un risultato degno, secondo il membro del team Kiran Bhadriraju, un ricercatore ospite del NIST in visita da Theiss Research a La Jolla, California. Le tecnologie esistenti per creare tali co-culture micromodellate sono ingombranti, Egli ha detto, e non facilmente utilizzabile nei test farmaceutici su larga scala.

Il team ha teorizzato che quando rivestivano la superficie con due diversi adesivi, la sola fibronectina e un composto di fibronectina e altre sostanze chiamate materiale adesivo delle cellule ibride (hCAM), le cellule tumorali del fegato si sarebbero facilmente attaccate solo all'hCAM, mentre le cellule endoteliali aderirebbero alla fibronectina. Esperimenti preliminari hanno convalidato la loro intuizione, e la scoperta ha fornito agli scienziati del NIST un modo per creare co-culture del tumore e delle cellule endoteliali dove le volevano.

Creare il confine condiviso che avevano inizialmente cercato è stato un risultato di per sé, ma c'era dell'altro a venire. Quando hanno preso le immagini delle cellule usando una tecnica nota come microscopia confocale laser, il team ha anche scoperto che le cellule sulla superficie dell'hCAM erano cresciute in array a strati in tre dimensioni. Aggiungendo una terza proteina chiamata transglutaminasi, un enzima appiccicoso che incolla insieme le molecole proteiche, potrebbero far sì che le cellule tumorali del fegato formino invece matrici spesse solo una singola cellula, dando loro il controllo sul processo.

Conoscendo questa relazione relativamente semplice tra le sostanze chimiche, le cellule tumorali di superficie e del fegato potrebbero essere utili per coltivare cellule tumorali insieme a tipi di cellule completamente diversi, lui dice, e potrebbe consentire di ampliare queste piccole colture cellulari per il tipo di lavoro ad alto rendimento di cui un'azienda farmaceutica avrebbe bisogno per testare un gran numero di farmaci candidati.

"Ci aspettiamo che altre linee cellulari cancerose possano essere utilizzate per micromodelli di co-colture simili, " ha detto Bhadriraju. "Mentre la linea cellulare di cancro al fegato utilizzata qui è un'importante linea cellulare per l'industria farmaceutica per testare farmaci antitumorali, non abbiamo ancora testato se altri tipi di cellule cancerose formeranno gli stessi tipi di strutture 3D. Ma siamo ottimisti, poiché queste proteine ​​con cui abbiamo rivestito la superficie sono comunemente usate con altri tipi di cellule cancerose".

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione del NIST. Leggi la storia originale qui.