Опухоль, которая может разворачиваться: инженеры создают новую технологию для понимания роста рака

Недостатки изучения раковых клеток в традиционной чашке Петри хорошо известны. В то время как клетки опухоли растут в трех измерениях, блюдо только двухмерное.

Более того, клетки в центре опухоли имеют меньший доступ к кислороду и питательным веществам, чем клетки, растущие на поверхности, рядом с кровеносными сосудами. Эти тонкие, зависящие от местоположения различия имеют большое влияние на поведение клеток, но оказалось, что их трудно воспроизвести в чашке.
В ответ на это тканевые инженеры попытались создать более реалистичные 3D-модели, пропитывая пористые, похожие на губку материалы клетками и складывая их друг с другом, как строительные блоки.

Среди них профессор химического машиностроения Элисон МакГиган, но ей пришлось по-другому взглянуть на проблему, поговорив с другим профессором инженерии Радхакришнаном Махадеваном.
«Он хотел провести этот анализ, чтобы собрать клетки менее чем за 10 секунд», – говорит она. "Это была инженерная проблема: как очень быстро разделить клетки?"Строительные блоки не годятся; потребуется слишком много времени, чтобы отделить каждый слой от конструкции, и будет сложно отследить, какой блок откуда взялся.
Макгиган собрал материалы из лаборатории (электронная.грамм. фильтровальная бумага, чашка Петри, ножницы и т. д.) и начал думать, как их быстро собрать и разобрать.

В какой-то момент она по рассеянности начала обматывать палец листком бумаги. «Я посмотрела на это и поняла, что это то, как вы это делаете», – говорит она.
В течение следующих нескольких лет Макгиган и ее аспирант по химическому машиностроению Даррен Роденхайзер построили свой первый прототип. Они пропитали короткую полоску пористого материала подложки, похожего на бумагу, коллагеном – гелеобразным материалом, обнаруженным в организме – и раковыми клетками.

Затем все это было купано в богатом питательными веществами культуральном растворе в течение дня, что позволило клеткам приспособиться к новой среде. Затем полоску наматывали на металлическую сердцевину, образуя искусственно созданную опухоль, которую затем культивировали в течение еще нескольких дней перед проведением анализа поведения опухолевых клеток.
Развернув устройство, команда обнаружила заметные различия между внутренним и внешним слоями. «По мере снижения уровня кислорода количество мертвых клеток в слое увеличивается, поэтому клетки реагируют на этот градиент кислорода», – говорит Роденхайзер.

Было показано, что те клетки, которые были еще живы, вели себя иначе, чем поверхностные клетки: например, они сильнее экспрессировали гены, связанные с условиями низкого содержания кислорода. Что особенно важно, изменения были постепенными и непрерывными по длине полосы. «Если бы у вас был стек, вы могли бы его разобрать, но тогда у вас были бы все эти отдельные, прерывистые части, которые нужно отслеживать», – говорит Роденхайзер. «У нас есть один слой."
Однослойный дизайн упрощает освоение этого процесса другими исследователями лаборатории. «Это достаточно просто, чтобы научить старшеклассника делать это за неделю», – говорит МакГиган.

Это является благом для исследователей, которые хотят понять, чем раковые клетки в опухоли отличаются от незлокачественной ткани. Использование этих различий может ускорить поиск лекарств, нацеленных на рак, не затрагивая при этом здоровые клетки.
На протяжении всего процесса команда тесно сотрудничала с Кристианом Фрезой из Кембриджского университета и Брэдли Джи.

Воутерс в Онкологическом центре принцессы Маргарет в Торонто, чтобы убедиться, что инструмент позволяет проводить те экспериментальные тесты, которые больше всего необходимы биологам-онкологам, чтобы задавать самые актуальные вопросы и воплощать свои выводы в пользу пациентов.
Эта технология также является многообещающей для области персонализированной медицины. «Идея состоит в том, чтобы взять собственные клетки пациента и создать копии их опухоли», – говорит МакГиган.

Эти копии затем могут быть подвергнуты различным процедурам и проанализированы с помощью простого процесса развертывания, предоставляя информацию о том, что, вероятно, лучше всего подойдет для этого конкретного пациента.
Теперь, когда он опубликован, Макгиган надеется, что он найдет широкое применение в исследовательском сообществе. «Это легко переводить и передавать другим лабораториям», – говорит Макгиган. "Мы определенно хотим, чтобы другие использовали его, потому что чем больше сообщество, тем больше приложений мы обнаружим."

Блог автомобилиста