Micro goccioline per studiare terapie contro il cancro

 

Gli scienziati stanno sviluppando modelli microfluidici basati su goccioline (droplet) per prevedere la risposta terapeutica nei malati di cancro in modo accurato e rapido.

 

 

La risposta delle cellule tumorali di un paziente alla terapia è influenzata da molti fattori, tra cui alterazioni genetiche, microambiente tumorale ed eterogeneità intratumorale. Ciò può rendere estremamente difficile determinare regimi di trattamento ottimali, in mezzo al numero sempre crescente di farmaci candidati e terapie antitumorali che sono state recentemente sviluppate.

A queste sfide si aggiunge il periodo di tempo limitato in cui le decisioni terapeutiche devono essere prese dopo la diagnosi, spesso nell’ordine di due settimane o meno.

Le carenze dei modelli oncogeni esistenti li rendono inadatti all’uso clinico. Le linee cellulari tumorali derivate dal paziente cambiano quando vengono sottoculturate, rendendole imprecise come modelli tumorali e i modelli realizzati con xenotrapianti (cellule tumorali del paziente iniettate in topi immuno-carenti) mantengono le loro caratteristiche ma sono dispendiosi in termini di tempo e costosi da produrre.

Gli organoidi derivati dal paziente, le versioni 3D miniaturizzate dei tessuti tumorali, perdono il microambiente tumorale del paziente durante la sottocoltura e la produzione di questi organoidi in modo abbastanza tempestivo per il processo decisionale clinico rimane irraggiungibile.

Queste sfide sono state affrontate in uno sforzo collaborativo multi-organizzativo, che includeva scienziati del Terasaki Institute for Biomedical Innovation (TIBI) e della Duke University, guidati dal direttore scientifico e professore di TIBI, Xiling Shen.

Come delineato nella loro recente pubblicazione su Cell Stem Cell, il team ha sviluppato una tecnologia microfluidica a base di goccioline per produrre micro-organosfere (MOS) da biopsie di pazienti oncologici entro un’ora.

Le cellule tumorali, immunitarie e del tessuto connettivo del paziente formano rapidamente tumori in miniatura che mantengono il microambiente originale all’interno di migliaia di questi MOS, che possono essere utilizzati per testare molte condizioni farmacologiche.

Test su MOS di varie origini cancerose hanno dimostrato la ritenzione dei profili genetici delle cellule, nonché l’espressione genica e il marcatore immunosoppressivo dei tessuti tumorali originali.

I test iniziali che utilizzavano MOS da una piccola coorte di pazienti con cancro del colon-retto metastatico sono stati sottoposti a screening contro un gruppo di farmaci candidati terapeutici. Quando i risultati della sensibilità al farmaco sono stati confrontati con gli effettivi risultati del trattamento clinico, c’era una correlazione quasi perfetta.

Inoltre, il MOS potrebbe essere generato da un piccolo numero di cellule, come tipicamente raccolto dalle biopsie, e l’intera generazione mos e il processo di screening dei farmaci hanno richiesto meno di due settimane.

In una serie di esperimenti successivi, i ricercatori hanno testato la risposta MOS alle terapie immunitarie. Sono stati in grado di dimostrare con successo che gli anticorpi mobilitano le cellule immunitarie residenti nel microambiente originale per attaccare le cellule tumorali, un risultato senza precedenti nello screening immunoterapeutico.

In un’altra serie di esperimenti, gli scienziati hanno testato il loro MOS contro gli effetti delle terapie immunitarie combinate e sono stati in grado di dimostrare sia le risposte previste sia l’ottimizzazione di più regimi di trattamento.

Sono stati anche in grado di osservare un’efficace penetrazione nel MOS da parte delle cellule T attivate e la successiva uccisione delle cellule tumorali MOS; tale infiltrazione di cellule T era ottenibile a causa delle piccole dimensioni e del grande rapporto superficie-volume delle goccioline MOS che imitano i limiti di diffusione naturale all’interno dei tessuti e non potevano essere ottenute utilizzando modelli convenzionali.

I risultati del team di ricerca hanno enormi implicazioni per la clinica. Con tutte le difficoltà presentate nello sviluppo di modelli di trattamento del cancro, il loro lavoro soddisfa molte esigenze.

I loro metodi per produrre un modello tumorale accurato da tessuto bioptico limitato in modo tempestivo e meno costoso aprono la porta a una varietà di strade di test per terapie farmacologiche e immunitarie. L’automazione della produzione MOS garantisce la riproducibilità, che è un requisito della FDA.