Новая 3D модель опухоли позволяет быстрее, дешевле и менее болезненно лечить рак

Международная группа междисциплинарных исследователей успешно создала метод более точного 3D-моделирования сложных раковых опухолей.

Команда из Университета Ватерлоо объединила передовые технологии биопечати с синтетическими структурами или микрофлюидными чипами. Метод поможет исследователям более точно изучить гетерогенные опухоли: опухоли, содержащие более одного вида раковых клеток, часто разбросанных в непредсказуемом порядке.

Традиционно медики брали биопсию опухоли пациента, извлекали клетки, а затем выращивали их в плоских чашках Петри в лаборатории.

В течение пятидесяти лет биологи понимали опухоли именно так, — говорит Нафисех Могими (Nafiseh Moghimi), докторант кафедры прикладной математики и ведущий автор исследования.

Но десять лет назад неоднократные неудачи лечения в испытаниях на людях заставили ученых понять, что двумерная модель не отражает реальную структуру опухоли внутри организма.

Исследование группы ученых решает эту проблему путем создания 3D-модели, которая не только отражает сложность опухоли, но и имитирует окружающую ее среду.

Исследование, проводившееся в лаборатории математической медицины под руководством профессора прикладной математики Мохаммада Коханделя, объединило достижения нескольких дисциплин.

Мы создаем нечто очень и очень новое для Канады. Может быть, только пара лабораторий делает что-то даже близкое к этому исследованию, — говорит Могими.

Сначала команда создала полимерные «микрофлюидические чипы» — крошечные структуры с вытравленными каналами, имитирующими кровоток и другие жидкости, окружающие опухоль пациента.

Затем команда вырастила несколько типов раковых клеток и суспендировала их в специально разработанном биоинке — коктейле из желатина, альгината и других питательных веществ, предназначенных для поддержания жизни культур клеток.

Наконец, с помощью экструзионного биопринтера — устройства, напоминающего 3D-принтер, но для работы с органическими материалами, — различные типы раковых клеток нанесли на подготовленные микрофлюидные чипы.

В результате получается живая трехмерная модель сложного рака, которую ученые могут использовать для тестирования различных методов лечения, например, различных химиотерапевтических препаратов.

Могими и ее команда особенно заинтересованы в создании сложных моделей рака молочной железы. После рака кожи рак молочной железы является наиболее распространенным онкологическим заболеванием, диагностируемым у женщин.

Лечение рака молочной железы представляет особую сложность, поскольку при метастазировании он проявляется в виде сложных опухолей, содержащих несколько типов клеток. Полагаясь на клетки одной или двух биопсий для точного отображения всей опухоли, можно получить неэффективные планы лечения и плохие результаты.

3D-печатные модели опухолей являются примером того, как новые технологии позволяют быстрее, дешевле и менее болезненно лечить такие серьезные заболевания, как рак молочной железы на поздних стадиях.

Исследование «Контролируемая гетерогенность опухоли в системе совместной культуры с помощью 3D-биопечатной модели опухоли на чипе» опубликовано в журнале Nature.

16.10.2023