Gli ingegneri della Purdue hanno costruito una "macchina del tempo, " o dispositivo microfluidico tumore del pancreas, che simula la crescita del tumore nel tempo. Credito:Purdue University/Jared Pike
Molti pazienti con cancro del pancreas hanno solo circa il 10% di possibilità di sopravvivenza entro cinque anni dalla diagnosi perché tendono a diventare resistenti alla chemioterapia, studi precedenti hanno indicato.
Una "macchina del tempo" progettata dagli ingegneri della Purdue University per osservare il comportamento del cancro del pancreas nel tempo suggerisce un nuovo approccio ai test sui farmaci che potrebbe aiutare gli scienziati a catturare meglio la resistenza.
I ricercatori hanno scoperto che testare potenziali farmaci su più sottotipi di cellule tumorali, piuttosto che su un solo sottotipo di cellule, può rivelare la resistenza ai farmaci che può verificarsi a causa del modo in cui i diversi sottotipi di cancro interagiscono tra loro.
Lo studio è stato recentemente pubblicato sulla rivista Royal Society of Chemistry Laboratorio su un chip .
"Il processo di scoperta e screening dei farmaci ha utilizzato un sottotipo di cellule cancerose e ha studiato come interagisce con le cellule vicine non cancerose, ma questo può sovrastimare l'efficacia del farmaco, " disse Bumsoo Han, un professore di ingegneria meccanica e leader del programma del Purdue Center for Cancer Research. Han ha un appuntamento di cortesia in ingegneria biomedica.
"Condensando il tempo per osservare come le cellule cancerose interagiscono all'interno di un tumore pancreatico, abbiamo scoperto che un sottotipo di cellule cancerose non solo può essere più resistente ai farmaci rispetto agli altri, ma le cellule sensibili ai farmaci possono anche diventare resistenti attraverso l'interazione tra i sottotipi".
La "macchina del tempo" è un tipo di strumento di laboratorio chiamato dispositivo microfluidico. Questi dispositivi sono piattaforme delle dimensioni di una striscia di gomma, come un chip o una diapositiva, dove le cellule cancerose possono essere coltivate in canali di diametro inferiore a un millimetro. Le cellule poi crescono in un ambiente realistico sulla piattaforma, come in un tubo di collagene che il laboratorio di Han ha creato per imitare il dotto pancreatico.
I dispositivi microfluidici stanno iniziando a diventare più diffusi nel processo di sviluppo dei farmaci perché consentono agli scienziati di testare i farmaci in simulazioni realistiche di un sistema biologico utilizzando campioni di tessuto reali, ma su una scala temporale più rapida rispetto ai modelli animali.
Questa illustrazione mostra le cellule tumorali, ogni tipo di cellula rappresentato da un colore diverso, interagendo nei canali di una struttura che mima il dotto pancreatico. Credito:Purdue University/Hye-ran Moon e Altug Ozcelikkale
Il gruppo di Han ha scoperto che circa il 25% delle pubblicazioni di ricerca del 2019 indicizzate da PubMed, un database di letteratura biomedica, aveva utilizzato dispositivi microfluidici come modelli per studiare i tumori di animali o pazienti.
Ma la maggior parte dei dispositivi microfluidici mostra solo una crescita tumorale in fase avanzata. Con il dispositivo di Han, gli scienziati possono caricare le linee cellulari di un modello animale o di un paziente prima che si verifichi la mutazione genetica, consentendo loro di vedere tutte le fasi della progressione del tumore.
Mentre i risultati ottenuti utilizzando dispositivi microfluidici devono essere convalidati negli esseri umani prima di essere messi in pratica clinica, possono ancora abbreviare il processo di sviluppo dei farmaci offrendo nuovi approcci di ricerca.
I risultati del dispositivo di Han evidenziano la necessità di studiare le interazioni tra le cellule tumorali.
"Non sono state fatte molte ricerche sul tipo di interazione che avviene all'interno dei tumori, quindi quei meccanismi di resistenza ai farmaci sono stati trascurati, "Ha detto Han.
Questi risultati stanno già informando lo sviluppo di nuovi composti farmacologici.
Zhong-Yin Zhang, il direttore del Purdue Institute for Drug Discovery, sta utilizzando il dispositivo microfluidico di Han per testare un composto volto a bloccare un processo oncogeno che il laboratorio di Zhang ha precedentemente identificato come un ruolo nello sviluppo del cancro.
Il dispositivo consente al team di Zhang di valutare il composto non solo per il cancro al pancreas in modo specifico, ma anche su più sottotipi di cellule cancerose.
"La cosa bella di questo dispositivo è che non dobbiamo usare tanto composto per vedere come funziona, "disse Zhang, che è anche un illustre professore di chimica farmaceutica nel Dipartimento di Chimica Farmaceutica e Farmacologia Molecolare di Purdue e nel Dipartimento di Chimica.
