Израильские ученые распечатали на 3D-принтере активную раковую опухоль. ВИДЕО

3D-биопечать моделей рака может быть эффективной в быстром, надежном и воспроизводимом прогнозировании его лечения.​

Научное достижение исследователей из Тель-Авивского университета - им впервые удалось распечатать целиком на 3D-принтере активную и жизнеспособную опухоль глиобластомы.

Трехмерная биораспечатка опухоли включает сложную систему сосудовидных трубок, по которым могут двигаться клетки крови и лекарственные препараты, позволяя имитировать процессы в настоящей опухоли.

Исследование возглавила профессор Ронит Сатчи-Файнаро (медицинский ​факультет Тель-Авивского университета и школа неврологии, директор Исследовательского центра биологии рака, руководитель лаборатории исследований рака и наномедицины и Инициативы 3D-биопечати для исследования рака). Новая технология была разработана аспирантом Леной Нойфельд вместе с другими исследователями лаборатории проф. Сатчи-Файнаро: Эйламом Эйни, Ноа Райзман, Яэлью Штилерман, д-ром Диклой Бен-Шушан, Сабиной Поцци, д-ром Галией Тирам, д-ром Анат Эльдар-Бук и д-ром Ширан Фарбер.

3D-модели с биопечатью основаны на биопсиях пациентов, взятых непосредственно из операционных в отделении нейрохирургии Тель-Авивского медицинского центра "Сураски" (Ихилов). Результаты нового исследования опубликованы в важном научном журнале Science Advances.

«Глиобластома - это самый смертоносный рак центральной нервной системы, на который приходится большинство злокачественных новообразований головного мозга», - говорит проф. Сатчи-Файнаро. «В предыдущем исследовании мы определили белок под названием P-Selectin, вырабатываемый, когда раковые клетки глиобластомы сталкиваются с микроглией - клетками иммунной системы мозга. Мы обнаружили, что этот белок отвечает за сбой в микроглии, заставляя ее клетки поддерживать, а не уничтожать смертоносные раковые клетки, способствуя тем  самым распространению рака. Тем не менее, мы идентифицировали белок в опухолях, удаленных во время операции, но не в клетках глиобластомы, выращенных на двухмерных пластиковых чашках Петри в нашей лаборатории. Дело в том, что раковые опухоли, как и другие ткани организма, по-разному ведут себя на пластиковой поверхности и в теле человека. Примерно 90% всех экспериментальных препаратов терпят неудачу на клинических стадиях. потому что успех, достигнутый в лаборатории, не повторяется на пациентах».

Чтобы решить эту проблему, исследовательская группа под руководством проф. Сатчи-Файнаро и аспирант Лена Нойфельд, получившая престижную "стипендию Дана Давида", создали биораспечатку первой трехмерной модели опухоли глиобластомы, которая включает трехмерную раковую ткань, окруженную взаимодействующей с ней внеклеточной средой и функциональными кровеносными сосудами.​

«Дело не только в раковых клетках», - объясняет профессор Сатчи-Файнаро. "Это также клетки микросреды в головном мозге; астроциты, микроглия и кровеносные сосуды, связанные с системой микропотоков, доставляющей такие вещества, как клетки крови и лекарства, к аналогу опухоли. Каждая модель печатается в биореакторе, который мы спроектировали, используя гидрогель, воспроизведенный из внеклеточного материала реального пациента. Нужно помнить, что физические и механические свойства мозга отличаются от свойств других органов, таких как кожа, грудь, или кости. Ткань груди состоит в основном из жира, костная ткань - из кальция; каждая ткань имеет свои собственные свойства, которые влияют на поведение раковых клеток и их реакцию на лекарства. Выращивание всех типов рака на идентичных пластиковых поверхностях не является оптимальным моделированием клинических условий".

Успешно отпечатав 3D-опухоль, профессор Сачи-Файнаро и ее коллеги продемонстрировали, что в отличие от чашек Петри, 3D-биопечать моделей рака может быть эффективной в быстром, надежном и воспроизводимом прогнозировании подходящего лечения конкретного пациента.

«Мы доказали тремя разными способами, что наша 3D-модель лучше подходит для прогнозирования эффективности лечения, поиска объектов для терапии и разработки лекарств. Во-первых, мы протестировали в культурах глиобластомы в чашках Петри вещество, которое ингибирует недавно обнаруженный нами белок P-Selectin, и не обнаружили никакого лечебного эффекта. А вот на моделях животных и на моделях трехмерной биопечати, которые сверхэкспрессируют этот белок, мы добились задержки роста и распространения глиобластомы путем блокирования P-Selectin.

Этот эксперимент показал, как потенциально эффективные лекарства не доходят до клинических испытаний, потому что не проходят испытание на 2D-моделях, и почему лекарства, показавшие феноменальный успех в лаборатории, терпят неудачу в клинических испытаниях.

Кроме того, совместно с лабораторией доктора Асафа Мади с отделения патологии медицинского факультета Тель-Авивского университета мы провели генетическое секвенирование раковых клеток, выращенных в 3D-биопечати, и сравнили их с раковыми клетками, выращенными в чашке Петри и такими же клетками, взятыми у пациента. Оказалось, что опухоли, созданные на 3D-биопечати, гораздо больше похожи на "естественные" клетки глиобластомы, полученные от пациентов, а клетки, выращенные на двухмерном пластике, со временем меняются и теряют всякое сходство с раковыми клетками в образце опухоли головного мозга пациента. 

Третье доказательство было получено путем измерения скорости роста опухоли. Глиобластома - агрессивное заболевание, отчасти потому, что оно непредсказуемо: когда раковые клетки из одного и того же источника вводятся разным животным, у некоторых из них рак не развивается вообще, а других поражает очень быстро. Мы, люди. тоже можем дожить до глубокой старости, даже не подозревая, что и у нас есть такие "спящие" опухоли. А вот на чашке в лаборатории все опухоли растут и распространяются с одинаковой скоростью. В нашей "распечатанной" опухоли скорости распространения раковых клеток аналогичны тому широкому спектру, который мы наблюдаем у пациентов или на животных».​​

По словам проф. Сатчи-Файнаро, такой новаторский подход позволит разрабатывать новые лекарства и находить новые клетки-мишени для этих лекарств гораздо быстрее, чем сегодня, а в будущем упростит персонализированное лечение рака.

«Если мы возьмем образец ткани пациента вместе с его внеклеточным материалом, мы сможем распечатать из этого образца 100 крошечных опухолей и протестировать множество различных препаратов в различных комбинациях, чтобы найти оптимальное лечение для этого конкретного пациента. С другой стороны, мы можем протестировать на 3D-биопринте разнообразные химические соединения и понять, какое из них наиболее перспективно для дальнейшей разработки потенциального лекарства.

Пожалуй, самым захватывающие возможности открываются теперь для поиска новых белков-мишеней и поддающихся лечению генов в раковых клетках - очень сложная задача, когда опухоль находится внутри мозга. Наша разработка открывает беспрецедентный доступ без ограничений по времени к трехмерным опухолям, лучше, чем сегодня, имитирующим клинический сценарий».

Исследование финансировалось Фондом Морриса Кана, Европейским исследовательским советом (ERC), Израильским фондом исследований рака (ICRF), Израильской онкологической ассоциацией и Израильским научным фондом (ISF), а также Check Point Software Technologies LTD.

Источник: MFA
Фото: Пресс-служба Тель-Авивского университета