Organoidi tumorali biostampati e una combinazione di imaging avanzato potrebbero consentire una medicina personalizzata

Credito: foto del National Cancer Institute su Unsplash

Gli scienziati del Jonsson Comprehensive Cancer Center dell’UCLA hanno sviluppato un nuovo metodo per biostampare organoidi tumorali in miniatura progettati per imitare la funzione e l’architettura dei tumori reali. Il processo migliorato consente ai ricercatori di utilizzare un metodo di imaging avanzato per studiare e analizzare i singoli organoidi in grande dettaglio, il che potrebbe aiutare a identificare trattamenti personalizzati per soggetti affetti da tumori rari o difficili da trattare.

Il gruppo di ricerca, guidato da Alice Soragni, PhD, assistente professore presso il dipartimento di chirurgia ortopedica presso la David Geffen School of Medicine dell'UCLA e membro del Jonsson Comprehensive Cancer Center dell'UCLA, ha riportato i loro sviluppi su Nature Communications, in un articolo intitolato "Screening dei farmaci con risoluzione di un singolo organoide tramite bioprinting e interferometria".

Lo screening farmacologico ad alto rendimento è un approccio consolidato per studiare la biologia del tumore e identificare le piste terapeutiche, hanno scritto gli autori. Le piattaforme tradizionali utilizzano colture bidimensionali, ma queste non riflettono accuratamente la biologia dei tumori umani, hanno osservato gli autori. Al contrario, “gli organoidi tumorali tridimensionali (3D) sono modelli promettenti per la medicina di precisione che possono essere stabiliti rapidamente ed efficacemente da una varietà di linee cellulari e fonti di tessuto e imitano accuratamente la risposta del paziente alla terapia”, ha osservato il team.

Questi tumori miniaturizzati, chiamati organoidi, possono essere coltivati ​​in laboratorio utilizzando linee cellulari o cellule dei pazienti per comprendere meglio la biologia e le malattie umane. Ricreando i tumori dei pazienti, i ricercatori possono testare diversi farmaci per vedere se il tumore risponderà bene o male al trattamento. Ciò può rendere più semplice per i medici scegliere la terapia migliore per i loro pazienti.

"Gli organoidi tumorali sono diventati strumenti fondamentali per indagare la biologia dei tumori ed evidenziare la sensibilità ai farmaci dei singoli pazienti", ha spiegato Soragni. "Tuttavia, abbiamo ancora bisogno di modi migliori per prevedere se la resistenza potrebbe insorgere in una piccola popolazione di cellule, che potremmo non rilevare utilizzando approcci di screening convenzionali. Questo è veramente importante, in particolare perché le previsioni sui farmaci basate sugli organoidi stanno iniziando a essere sfruttate clinicamente. ."

Sebbene questi mini tumori abbiano contribuito a migliorare la modellizzazione dei farmaci e stiano diventando strumenti preziosi per testare l’efficacia e la sicurezza di potenziali farmaci, è ancora difficile per i modelli attuali catturare l’eterogeneità del tumore sottostante che spesso guida la resistenza alla terapia osservata clinicamente. "... anche questi sistemi modello più rilevanti dal punto di vista clinico, come gli organoidi tumorali tridimensionali, possono essere difficili da ridimensionare e vagliare", hanno sottolineato gli autori. Uno dei principali limiti di questo approccio è che i metodi attuali non riescono a catturare cambiamenti o differenze all’interno dei campioni organoidi che potrebbero essere responsabili della resistenza alla terapia osservata in contesti clinici.

Per superare queste sfide, il team di ricercatori ha creato un metodo che utilizza una tecnica di bioprinting per stampare le cellule in un sottile strato di proteine ​​extracellulari di supporto per dare origine a mini-tumori 3D senza alterare l’istologia dei tessuti e le espressioni genetiche. "La bioprinting, una tecnica per la deposizione precisa e riproducibile di cellule in bioinchiostri su supporti solidi, sta rapidamente guadagnando terreno nella biologia del cancro, hanno osservato Soragni e colleghi.

Il team ha combinato le cellule biostampate con l’interferometria di cellule vive ad alta velocità (HSLCI), un sistema di imaging che offre un approccio non distruttivo utilizzato per osservare e misurare il peso delle cellule viventi in tempo reale. "HSLCI consente il monitoraggio non invasivo e senza etichetta di varie caratteristiche degli organoidi biostampati nel tempo, tra cui dimensioni, motilità e densità di massa alla risoluzione di un singolo organoide", hanno spiegato i ricercatori. Questi metodi sono stati poi combinati con algoritmi di apprendimento automatico per analizzare e misurare i singoli organoidi.

"Utilizzando questo metodo, siamo in grado di misurare con precisione le masse di migliaia di organoidi simultaneamente", ha spiegato Michael Teitell, MD, PhD, direttore del Jonsson Comprehensive Cancer Center dell'UCLA e co-autore senior dello studio. "Queste informazioni aiutano a identificare quali organoidi sono sensibili o resistenti a terapie specifiche, che possono essere utilizzate per selezionare rapidamente le opzioni di trattamento più efficaci per i pazienti".