Una nuova struttura 3D per la coltivazione di colture cellulari potrebbe consentire ai medici di testare i farmaci su tumori modello cresciuti dalle cellule di un paziente, secondo i risultati di un team di ingegneri e ricercatori sul cancro presso l'Università del Michigan.

A differenza dei dispositivi precedenti, la nuova struttura è costituita da fibre proteiche che le cellule sanno modificare.

"Possiamo potenzialmente usare le colture per fare cose come test antidroga o analisi di singole cellule, che può aiutarci a identificare i migliori trattamenti per il cancro di un paziente, "ha detto Gary Luker, Professore di radiologia UM.

Attualmente, alcuni pazienti hanno campioni delle loro cellule tumorali coltivate nei topi per test e analisi dei farmaci, ma le cellule cancerose non sempre crescono e il processo richiede mesi, ha detto Luker.

Una capsula di Petri avanzata, noto come impalcatura 3D, potrebbe consentire ai medici di ottenere risposte sull'efficacia dei farmaci in giorni o settimane. Ma le impalcature precedenti, cercando di imitare la struttura e la composizione della rete gelatinosa che lega un insieme di cellule in un tessuto, hanno anche record misti.

"Piuttosto che cercare di indovinare quale dovrebbe essere il microambiente delle cellule tumorali, abbiamo creato uno spazio in cui possono creare la propria nicchia cellulare, come fanno nel corpo, "ha detto Stacy Jordahl, un recente dottorato di ricerca in ingegneria chimica. laureato in U-M e primo autore della carta in Materiale avanzato .

Il team ha creato una rete di fibronectina, una proteina che lega le cellule al gel connettivo. Le cellule dei tessuti estendono la fibronectina, usandolo un po' come il due per quattro di un telaio di casa. Però, la fibronectina tende ad arrotolarsi se non viene tenuta aperta. Mentre i ricercatori hanno utilizzato strati di fibronectina appallottolata per aiutare le cellule ad attaccarsi agli scaffold precedenti, la proteina non è stata utilizzata a pieno vantaggio.

In precedenza, è stato scrupoloso allungare i fili di fibronectina, tirandoli con le pipette, per esempio, ma il nuovo metodo scoperto dal team di UM produce un rivestimento di fibronectina allungata senza il duro lavoro.

Guidati da Joerg Lahann, il professore universitario Wolfgang Pauli di ingegneria chimica e direttore del Biointerfaces Institute presso l'U-M, gli ingegneri hanno costruito una griglia di cubicoli in microscala, ogni mezzo millimetro di lato. Quindi, hanno ripetutamente versato una soluzione contenente fibronectina su quella superficie usando un tubo che girava lentamente da un capo all'altro. Lo strattone del liquido in movimento è stato sufficiente per estrarre la fibronectina in reti di fibre che si intrecciavano attraverso l'intera struttura.

"Con questo modo ingegnerizzato per attirare le proteine ​​in una rete di fibre, possiamo produrre un ambiente più naturale per la coltivazione di colture di cellule tumorali che ci consentano di testare farmaci o comprendere la biologia del cancro, "Ha detto Lahan.

Il team di Lahann ha consegnato le strutture a due ricercatori sul cancro, Luker e Max Wicha, il Professore di Oncologia Madeline e Sidney Forbes. Hanno usato le strutture per coltivare le cellule che erano state rimosse da pazienti con cancro al seno drenando sacche di liquidi che possono accumularsi nell'addome e nel torace man mano che la malattia progredisce.

Sebbene le cellule cancerose rappresentino solo il 5% circa delle cellule in questi fluidi, hanno dominato la popolazione cellulare dopo pochi giorni o una settimana sulla rete di fibronectina. E i ricercatori sul cancro sono rimasti colpiti.

"Ci sono state molte tecnologie e approcci ideati per cercare di far crescere le cellule tumorali in coltura che non hanno funzionato così bene. La maggior parte delle cellule tumorali muore quando coltivata in condizioni artificiali, " Luker ha detto. "In questo sistema, potremmo far crescere le culture in modo abbastanza coerente almeno per brevi periodi di tempo".

Inoltre, le cellule sembravano cambiare mentre crescevano sulla rete di fibronectina, diventando più simile al tipo di cellule che si ritiene diffondano il cancro ad altre parti del corpo. Questo potrebbe essere un vantaggio per testare farmaci antitumorali, poiché quelle cellule sono più indispensabili per uccidere.

Però, questo pregiudizio ostacolerebbe gli esperimenti che esplorano la biologia del cancro, ad esempio, identificare le influenze che portano le cellule a diventare più aggressive o benigne. Nel futuro, il team potrebbe indagare se le modifiche al modo in cui è strutturata la rete di fibronectina possono rimuovere questo pregiudizio.

Lo studio è pubblicato sulla rivista Materiale avanzato .