Οι επιστήμονες έχουν κάνει μεγάλα βήματα στη μάχη κατά του καρκίνου. Ο κίνδυνος θανάτου ενός ατόμου από καρκίνο στις ΗΠΑ μειώθηκε κατά 27% τις τελευταίες 2 δεκαετίες, χάρη σε μεγάλο βαθμό στους ερευνητές που συνεχίζουν να αποκαλύπτουν τις περίπλοκες λεπτομέρειες του τρόπου λειτουργίας του καρκίνου και να κάνουν πρόοδο στη θεραπεία.
Η αναδυόμενη τεχνολογία της τρισδιάστατης βιοεκτύπωσης (όπως η τρισδιάστατη εκτύπωση για το ανθρώπινο σώμα, χρησιμοποιώντας πραγματικά ανθρώπινα κύτταρα) υπόσχεται να επιταχύνει αυτή την έρευνα, επιτρέποντας στους επιστήμονες να αναπτύξουν τρισδιάστατα μοντέλα όγκων που αντιπροσωπεύουν καλύτερα δείγματα από ασθενείς.
Ο αντίκτυπος θα μπορούσε να είναι «τεράστιος», λέει ο Y. Shrike Zhang, PhD, επίκουρος καθηγητής ιατρικής στην Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ και associate bioengineer στο Brigham and Women's Hospital, που μελετά την τρισδιάστατη βιοεκτύπωση. «Δεν είναι η μόνη τεχνολογία που μπορεί να επιτρέπει τη μοντελοποίηση όγκων in vitro, αλλά σίγουρα είναι μια από τις πιο ικανές».
Γιατί έχει σημασία αυτό; Επειδή οι δισδιάστατες κυτταρικές καλλιέργειες που χρησιμοποιούν συχνά οι επιστήμονες μπορεί να μην καταγράφουν όλη την πολυπλοκότητα του τρόπου με τον οποίο ο καρκίνος αναπτύσσεται, εξαπλώνεται και ανταποκρίνεται στη θεραπεία. Είναι ένας λόγος για τον οποίο τόσο λίγα πιθανά νέα φάρμακα για τον καρκίνο - 3,4%, σύμφωνα με μια εκτίμηση - μπορούν να περάσουν όλες τις κλινικές δοκιμές. Τα αποτελέσματα ενδέχεται να μην μεταφερθούν από την κλινική έρευνα στον ασθενή.
Αυτός ο πρωτοποριακός τρισδιάστατος εκτυπωτής έχει «αιμοφόρα αγγεία»
Οι ερευνητές λένε ότι αυτά τα τρισδιάστατα εκτυπωμένα αιμοφόρα αγγεία μπορεί να θεραπεύσουν ορισμένα επικίνδυνα προβλήματα υγείας που επηρεάζουν τις φλέβες, τις αρτηρίες ή τα τριχοειδή αγγεία σας.
Ένα τρισδιάστατο βιοεκτυπωμένο μοντέλο, από την άλλη πλευρά, μπορεί να είναι καλύτερο στην αντιγραφή του «μικροπεριβάλλοντος» ενός όγκου, όλα τα μέρη (κύτταρα, μόρια, αιμοφόρα αγγεία) που περιβάλλουν έναν όγκο.
«Το μικροπεριβάλλον του όγκου παίζει αναπόσπαστο ρόλο στον καθορισμό του τρόπου με τον οποίο εξελίσσεται ο καρκίνος», λέει ο Madhuri Dey, υποψήφιος διδάκτορας και ερευνητής στο Πανεπιστήμιο Penn State. «Τα in-vitro τρισδιάστατα μοντέλα είναι μια προσπάθεια ανασύστασης ενός καρκινικού μικροπεριβάλλοντος, το οποίο ρίχνει φως στον τρόπο με τον οποίο οι όγκοι ανταποκρίνονται σε χημειοθεραπευτικές ή ανοσοθεραπευτικές θεραπείες όταν υπάρχουν σε ένα μικροπεριβάλλον που μοιάζει με αυτόχθονα».
Ο Dey είναι ο κύριος συγγραφέας μιας μελέτης (που χρηματοδοτείται από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών) στην οποία οι όγκοι του καρκίνου του μαστού βιοεκτυπώθηκαν 3D και αντιμετωπίστηκαν με επιτυχία. Σε αντίθεση με ορισμένα προηγούμενα τρισδιάστατα μοντέλα καρκινικών κυττάρων, αυτό το μοντέλο έκανε καλύτερη δουλειά μιμούμενος αυτό το μικροπεριβάλλον, εξηγεί ο Dey.
Μέχρι στιγμής, «η τρισδιάστατη βιοεκτύπωση μοντέλων καρκίνου έχει περιοριστεί στη βιοεκτύπωση μεμονωμένων καρκινικών κυττάρων φορτωμένων σε υδρογέλες», λέει. Αλλά αυτός και οι συνάδελφοί του ανέπτυξαν μια τεχνική (που ονομάζεται βιοεκτύπωση με υποβοήθηση αναρρόφησης) που τους επιτρέπει να ελέγχουν πού βρίσκονται τα αιμοφόρα αγγεία σε σχέση με τον όγκο. «Αυτό το μοντέλο θέτει τα θεμέλια για τη μελέτη αυτών των αποχρώσεων του καρκίνου», λέει ο Dey.
«Αυτή είναι μια πολύ ωραία δουλειά», λέει ο Zhang για τη μελέτη του Penn State (στην οποία δεν συμμετείχε). «Η αγγείωση είναι πάντα ένα βασικό συστατικό στην πλειονότητα των τύπων όγκων». Ένα μοντέλο που ενσωματώνει αιμοφόρα αγγεία παρέχει μια «κρίσιμη θέση» για να βοηθήσει τα μοντέλα όγκων να αξιοποιήσουν πλήρως τις δυνατότητές τους στην έρευνα για τον καρκίνο.
Ένας τρισδιάστατος εκτυπωτής για το σώμα
Η ιδέα είναι σαν την κανονική εκτύπωση, αλλά αντί να εκτοξεύει μελάνι σε χαρτί, ένας 3D εκτυπωτής απελευθερώνει στρώματα πλαστικού ή άλλων υλικών, εκατοντάδες ή χιλιάδες φορές, για να χτίσει ένα αντικείμενο από τη βάση.
Η τρισδιάστατη βιοεκτύπωση λειτουργεί σχεδόν με τον ίδιο τρόπο, με τη διαφορά ότι αυτά τα στρώματα αποτελούνται από ζωντανά κύτταρα για να δημιουργήσουν βιολογικές δομές όπως δέρμα, αγγεία, όργανα ή οστά.
Η βιοεκτύπωση υπάρχει από το 1988. Μέχρι στιγμής, χρησιμοποιείται κυρίως σε ερευνητικά περιβάλλοντα, όπως στον τομέα της αναγεννητικής ιατρικής. Η έρευνα βρίσκεται σε εξέλιξη για την αναδόμηση του αυτιού, την αναγέννηση των νεύρων και την ανάπλαση του δέρματος. Η τεχνολογία χρησιμοποιήθηκε επίσης πρόσφατα για τη δημιουργία οφθαλμικού ιστού για να βοηθήσει τους ερευνητές να μελετήσουν τις οφθαλμικές παθήσεις.
Οι δυνατότητες της τεχνολογίας για χρήση στην έρευνα για τον καρκίνο δεν έχουν ακόμη αξιοποιηθεί πλήρως, λέει ο Dey. Αλλά αυτό μπορεί να αλλάξει.
«Η χρήση τρισδιάστατων βιοεκτυπωμένων μοντέλων όγκων πλησιάζει τις μεταφράσεις στην έρευνα για τον καρκίνο», λέει ο Zhang. «Υιοθετούνται όλο και περισσότερο από τον ερευνητικό τομέα και η τεχνολογία έχει αρχίσει να διερευνάται από τη φαρμακοβιομηχανία για χρήση στην ανάπτυξη φαρμάκων κατά του καρκίνου».
Επειδή η βιοεκτύπωση μπορεί να αυτοματοποιηθεί, θα μπορούσε να επιτρέψει στους ερευνητές να δημιουργήσουν υψηλής ποιότητας, πολύπλοκα μοντέλα όγκων σε κλίμακα, λέει ο Zhang.
Τέτοια τρισδιάστατα μοντέλα έχουν επίσης τη δυνατότητα να αντικαταστήσουν ή να μειώσουν τη χρήση ζώων σε δοκιμές φαρμάκων για όγκους, σημειώνει ο Dey. «Αναμένεται να παρέχουν μια πιο ακριβή απόκριση στα φάρμακα σε σύγκριση με τα ζωικά μοντέλα, καθώς η φυσιολογία των ζώων δεν ταιριάζει με τους ανθρώπους».
Ο νόμος εκσυγχρονισμού του FDA 2.0, ένας νέος νόμος των ΗΠΑ που καταργεί την απαίτηση να δοκιμάζονται τα φάρμακα σε ζώα πριν από τον άνθρωπο, «άνοιξε περαιτέρω το δρόμο για τέτοιες τεχνολογίες στον αγωγό ανάπτυξης φαρμάκων», λέει ο Zhang.
Τι θα γινόταν αν μπορούσε να δημιουργηθεί ένα προσαρμοσμένο μοντέλο όγκου για κάθε ασθενή;
Πιθανές χρήσεις για βιοεκτύπωση στο εργαστήριο, λέει ο Dey. Φανταστείτε να μπορούσαμε να προσαρμόσουμε τρισδιάστατα μοντέλα όγκων με βάση βιοψίες από μεμονωμένους ασθενείς. Οι γιατροί θα μπορούσαν να δοκιμάσουν πολλές θεραπείες σε αυτά τα ειδικά για τον ασθενή μοντέλα, επιτρέποντάς τους να προβλέψουν με μεγαλύτερη ακρίβεια πώς θα ανταποκρινόταν κάθε ασθενής σε διαφορετικές θεραπείες. Αυτό θα βοηθήσει τους γιατρούς να αποφασίσουν ποια πορεία θεραπείας είναι η καλύτερη.
Στη μελέτη του Dey, το τρισδιάστατο μοντέλο αντιμετωπίστηκε με χημειοθεραπεία και ανοσοθεραπεία και ανταποκρίθηκε και στα δύο. Αυτό υπογραμμίζει τη δυνατότητα τέτοιων τρισδιάστατων μοντέλων να αποκαλύπτουν την ανοσολογική απόκριση του σώματος και να χρησιμοποιούνται για θεραπείες διαλογής, λέει ο Dey.
«Ελπίζουμε ότι στο μέλλον, αυτή η τεχνική μπορεί να προσαρμοστεί στο νοσοκομείο, κάτι που θα επιταχύνει την πορεία της θεραπείας του καρκίνου», λέει ο Dey.
Για το σκοπό αυτό, αυτός και οι συνάδελφοί του εργάζονται τώρα με πραγματικούς όγκους καρκίνου του μαστού που αφαιρούνται από ασθενείς, δημιουργώντας τους εκ νέου στο εργαστήριο σε 3D για να χρησιμοποιηθούν για χημειοθεραπεία και ανοσοθεραπεία.
