Это идея нового изобретения, созданного учеными Института регенеративной медицины Баптистского медицинского центра Уэйк Форест. В журнале Biotechnology and Bioengineering команда сообщает о своей системе «метастазирование на чипе», которая считается одной из первых лабораторных моделей распространения рака из одной трехмерной ткани в другую.
Команда исследователей работает над дальнейшим развитием системы в надежде, что однажды ее можно будет использовать для быстрого выявления лучшего способа лечения рака отдельного пациента.
«Мы считаем, что система« метастазирование на чипе »имеет потенциал для значительного прогресса в исследованиях рака и открытии лекарств», – сказал Алекс Скардал, Ph.D., ведущий автор и доцент кафедры регенеративной медицины.
Текущая версия системы моделирует колоректальную опухоль, распространяющуюся из толстой кишки в печень, наиболее частое место метастазирования. Скардал сказал, что будущие версии могут включать дополнительные органы, такие как легкие и костный мозг, которые также являются потенциальными местами метастазирования.
Команда также планирует смоделировать другие типы рака, такие как смертельная опухоль мозга – глиобластома.
Чтобы создать систему, исследователи инкапсулировали клетки рака кишечника и толстой кишки человека в биосовместимый гелеобразный материал, чтобы сделать мини-орган.
Мини-печень, состоящая из клеток печени человека, была изготовлена таким же образом. Эти органоиды были помещены в систему «чип», состоящую из набора микроканалов и камер, выгравированных на поверхности чипа, чтобы имитировать упрощенную версию кровеносной системы организма. Опухолевые клетки были помечены флуоресцентными молекулами, чтобы их активность можно было наблюдать под микроскопом.
Чтобы проверить, может ли система моделировать метастазирование, исследователи сначала использовали высокоагрессивные раковые клетки в органоиде толстой кишки.
Под микроскопом они увидели, что опухоль растет в органоиде толстой кишки, пока клетки не высвободились, не вошли в систему кровообращения, а затем вторглись в ткань печени, где образовалась и выросла другая опухоль. Когда в системе использовалась менее агрессивная форма рака толстой кишки, опухоль не давала метастазов, а продолжала расти в толстой кишке.
Чтобы проверить потенциал системы для скрининга лекарств, команда представила в систему Маримастат®, препарат, используемый для подавления метастазирования у людей, и обнаружила, что он значительно предотвращает миграцию метастатических клеток в течение 10-дневного периода. Аналогичным образом, команда также протестировала 5-фторурацил, распространенное лекарство от рака прямой кишки, которое снижает метаболическую активность опухолевых клеток.
«В настоящее время мы изучаем, оказывают ли другие признанные противораковые препараты такое же действие на систему, как на пациентов», – сказал Скардал. "Если эту ссылку удастся проверить и расширить, мы считаем, что система может быть использована для отбора кандидатов на лекарства для пациентов в качестве инструмента в персонализированной медицине. Если мы сможем создать те же модельные системы, только с опухолевыми клетками реального пациента, то мы считаем, что сможем использовать эту платформу для определения наилучшего лечения для каждого отдельного пациента."
Система также дает ученым возможность изучить микросреду или среду, в которой существует опухоль.
Это относительно новое направление исследований рака. Например, ученые узнали, что «более жесткая» опухоль более склонна к метастазированию, что предполагает возможность использования лекарств для изменения механических свойств опухоли, чтобы снизить вероятность ее распространения.
Система может устранить некоторые недостатки текущих методов исследования. Например, результаты традиционных 2D-исследований в лабораторной посуде, а также исследований на животных часто неприменимы к пациентам-людям.
Часто, казалось бы, многообещающие кандидаты в лекарства могут потерпеть неудачу, когда достигнут исследования на людях.
В настоящее время ученые работают над усовершенствованием своей системы. Они планируют использовать 3D-печать для создания органоидов, более похожих по функциям на естественные органы. И они стремятся сделать процесс метастазирования более реалистичным.
Когда рак распространяется в человеческом теле, опухолевые клетки должны прорваться через кровеносные сосуды, чтобы попасть в пар крови и достичь других органов. Ученые планируют добавить к модели барьер из эндотелиальных клеток – клеток, выстилающих кровеносные сосуды.
«Мы пытаемся сделать это как можно более реалистичным», – сказал Скардал.
Эта концепция моделирования процессов в организме на миниатюрном уровне стала возможной благодаря достижениям в области микротканевой инженерии и технологий микрогидродинамики. Это похоже на достижения в электронной промышленности, которые стали возможными благодаря миниатюризации электроники на кристалле.
Исследование было поддержано организацией «Игроки в гольф против рака», Комплексным онкологическим центром в Уэйк-Форест-Баптист и премией Института регенеративной медицины Уэйк-Форест за открытия.
"Алекс Скардал, Ph.D., ведущий автор, подал заявку на патент с использованием технологии метастазирования на чипе для моделирования метастазов рака в лаборатории."