Новая 3D-печатная модель опухоли ускоряет и удешевляет лечение рака
Международная междисциплинарная группа исследователей создала новый метод для более точного 3D-моделирования сложных форм рака. Команда из Университета Ватерлоо объединила передовые методы биопечати с синтетическими структурами — микрофлюидными чипами. Этот метод позволит исследователям в лабораториях точнее изучать гетерогенные опухоли, содержащие более одного типа раковых клеток, часто расположенных в непредсказуемых паттернах.
Исследование "Контролируемая гетерогенность опухоли в системе совместного культивирования с помощью 3D-биопечатной модели опухоли-на-чипе" опубликовано в Scientific Reports.
Традиционно медики брали биопсию опухоли пациента, извлекали клетки и выращивали их в плоских чашках Петри. "50 лет биологи изучали опухоли именно так, — говорит Нафисе Могими, постдокторант-исследователь в области прикладной математики и ведущий автор исследования. — Но десять лет назад повторяющиеся неудачи в клинических испытаниях на людях заставили ученых осознать, что 2D-модель не отражает реальную структуру опухоли внутри тела".
Работа команды решает эту проблему, создавая 3D-модель, которая не только отражает сложность опухоли, но и имитирует её окружающую среду.
Исследование, проводившееся в Лаборатории математической медицины под руководством профессора прикладной математики Мохаммада Коанделя, объединило достижения из нескольких дисциплин. "Мы создаем нечто совершенно новое для Канады. Возможно, всего пара лабораторий в мире занимается чем-то даже отдаленно похожим", — отмечает Могими.
Процесс создания модели:
- Создание полимерных "микрофлюидных чипов": крошечных структур с вытравленными каналами, имитирующими кровоток и другие жидкости, окружающие опухоль пациента.
- Выращивание нескольких типов раковых клеток и их суспендирование в собственном кастомизированном биочерниле — коктейле из желатина, альгината и других питательных веществ, предназначенном для поддержания жизнеспособности клеточных культур.
- Использование экструзионного биопринтера (устройства, напоминающего 3D-принтер, но для органического материала) для послойного нанесения различных типов раковых клеток на подготовленные микрофлюидные чипы.
В результате получается живая трехмерная модель сложных форм рака, которую ученые могут использовать для тестирования различных методов лечения, например, химиотерапевтических препаратов.
Могими и её команда особенно заинтересованы в создании сложных моделей рака молочной железы. После рака кожи это наиболее часто диагностируемый вид рака у женщин.
Рак молочной железы особенно сложно лечить, потому что при метастазировании он образует сложные опухоли, содержащие несколько типов клеток. Опора на клетки из одной или двух биопсий для точного представления всей опухоли может привести к неэффективным планам лечения и плохим результатам.
Созданные 3D-печатные модели опухолей наглядно демонстрируют, как новые технологии позволяют сделать лечение тяжелых состояний, таких как рак молочной железы на поздней стадии, быстрее, дешевле и менее болезненным.