Innowacja typu „guz na chipie” wspomoże badania nad rakiem
Rak piersi jest jednym z najczęściej diagnozowanych nowotworów u kobiet na całym świecie. Chociaż wyższa świadomość problemu i lepsze metody leczenia doprowadziły do zmniejszenia śmiertelności wśród starszych kobiet, śmiertelność wśród kobiet poniżej 50 roku życia pozostaje niezmieniona. „Główną przyczyną zgonów są przerzuty”, wyjaśnia partnerka zespołu projektu MTOAC, Christa Ivanova, kierownik ds. badań i innowacji w firmie ELVESYS we Francji. „O przerzucie mówimy, gdy komórki odrywają się od pierwotnej masy guza i atakują inne tkanki i narządy przez krwiobieg. Gdy rak tworzy przerzuty, szanse na przeżycie drastycznie maleją”. Projekt MTOAC, realizowany dzięki wsparciu działania „Maria Skłodowska-Curie”, miał na celu zwiększenie naszego zrozumienia procesu formowania się przerzutów. Aby osiągnąć ten cel, zespół projektu postanowił zbudować urządzenie mikrofluidyczne zdolne do odtworzenia fizjologicznego środowiska guza. Zapewni ono naukowcom prosty i opłacalny sposób hodowania i analizowania komórek nowotworowych. Kluczowe korzyści obejmują dostarczanie wyników porównywalnych z modelami in vivo w tańszy, bardziej etyczny i łatwiejszy w obsłudze sposób.
Naśladowanie środowiska guza
Urządzenie mikrofluidyczne opracowane przez zespół projektowy składa się z maleńkiego mikrofluidycznego chipa, w którym można hodować komórki, wraz z pompami regulującymi przepływ składników odżywczych do komórek (w ten sposób naśladującego organizm). Sam układ zawiera trzy komory połączone małymi kanałami. „Założyliśmy, że wysiew komórek w każdym przedziale umożliwi nam badanie ich wzrostu i zachowania”, dodaje Ivanova. Po zbudowaniu platformy mikrofluidycznej hodowli komórek zespół projektu zaszczepił ją komórkami, w tym dostępnymi komercyjnie komórkami raka piersi. Komórki zostały zatopione w hydrożelu składającym się z kolagenu, co miało pomóc im w przyleganiu do chipa mikrofluidycznego. Następnie komórki pozostawiono do proliferacji i utworzenia struktur trójwymiarowych. Po kilku dniach te układy typu „guz na chipie” zostały przeanalizowane pod kątem oceny wychwytu glukozy, hipoksji i oddziaływania między różnymi typami komórek. „Odkryliśmy, że komórki pochodzące z guza zużywają więcej glukozy”, wyjaśnia Ivanova. „To logiczne, ponieważ wykazują szybszy wzrost. Odkryliśmy również, że centrum trójwymiarowej hodowli komórek ulega zmartwieniu z powodu niedotlenienia. Jest to powszechne w nowotworach, ponieważ szybki wzrost komórek uniemożliwia ciągłe dostarczanie świeżej krwi i tym samym tlenu. To stan, który często inicjuje przerzuty”. Zespół odkrył również, że wspólna hodowla komórek raka piersi i komórek naczyń krwionośnych doprowadziła do migracji tych pierwszych w kierunku tych drugich. „Wszystkie trzy obserwacje są zgodne z publikowaną literaturą”, zauważa Ivanova. „Sugeruje to, że stworzony trójwymiarowy układ hodowli komórek jest w stanie naśladować prawdziwe mikrośrodowisko guza”.
Rozwiązanie znormalizowane
Sukces projektu podkreśla potencjał technologii mikrofluidycznej w zakresie lepszego zrozumienia mechanizmów biologicznych decydujących o rozwoju raka. „Złożoność mikrofluidyki onieśmielała nas w przeszłości”, mówi Ivanova. „Mamy nadzieję, że ten łatwy w użyciu układ mikrofluidyczny wspomoże badania większej rzeszy naukowców”. I rzeczywiście, projekt MTOAC stanowi przełom na drodze do opracowania znormalizowanego układu typu „nowotwór na chipie”, który mógłby ostatecznie zastąpić w niektórych przypadkach modele zwierzęce. Normalizacja ma kluczowe znaczenie, bo choć na rynku dostępnych jest kilka systemów typu „guz na chipie”, są one zazwyczaj ograniczone do określonych linii komórkowych, a ich koszt jest znaczny. „Będziemy nadal pracować nad tym układem, aby uczynić go bardziej dostępnym i rozpropagować go bardziej w środowisku naukowym”, dodaje Ivanova.
Słowa kluczowe
MTOAC, guzy nowotworowe, mikrofluidyczny, pierś, nowotwór, komórki, hipoksja, krwiobieg
