Исследователи из Университета Торонто разработали новый способ выращивания клеток в лаборатории, который позволяет им лучше имитировать раковые опухоли. Платформа, основанная на материале, известном как гидрогель, мягкое желеобразное вещество, открывает новые пути для улучшения вариантов лечения рака.
Исследуя естественные молекулы, обнаруженные в ткани рака молочной железы , Александр Бейкер, исследователь с докторской степенью на факультете прикладных наук и инженерии, и Лаура Бахлманн, доктор философии. студент Института биомедицинской инженерии, смогли разработать более четкую по составу и надежную альтернативу стандартному материалу, обычно используемому клеточными биологами , известному под торговой маркой Matrigel. Их выводы были недавно опубликованы в Materials Today .
Новый биомиметический гидрогель состоит из гиалуроновой кислоты, которая содержится в здоровых тканях и увеличивается при прогрессировании многих видов рака, включая рак молочной железы, легких, головного мозга, предстательной железы, яичников и поджелудочной железы, но отсутствует в матригеле. Эти материалы также содержат ламинин, белок, которого много в тканях молочной железы .
Вместе эти два ингредиента привели к гидрогелю, близко имитирующему нативную ткань. Он обладает всеми полезными свойствами матригеля, но идет еще дальше, облегчая связь между клетками и окружающей тканью.
Сравнивая выращенные в лаборатории клетки биопсии пациентов в присутствии их нового гидрогеля с матригелем, команда наблюдала разные скорости роста раковых клеток и реакцию на лекарства. Когда они взяли тот же гидрогель и ввели клетки пациента, чтобы создать животную модель болезни, они обнаружили различия в иммунном ответе , когда Matrigel, казалось, искажал результаты, тем самым запутывая понимание исследователей. Тем не менее, новый гидрогель предоставил непредвзятую основу для изучения того, как рост опухоли влияет на иммунный клеточный ответ хозяина.
«С нашим растущим пониманием иммунной системы при раке невозможно переоценить важность беспристрастных результатов», — говорит Шойхет.
Эти результаты показывают, что новый гидрогель может давать результаты, которые больше похожи на те, которые обычно наблюдаются при раковых опухолях человека. Одним из примеров является способность клеток молочной железы самостоятельно собираться в трехмерные структуры с ключевыми компонентами, ориентированными в определенном направлении, процесс, известный как поляризация.
«При работе над скринингом наркотиков важно иметь возможность выращивать больные клетки, потому что именно их вы хотите убить», — говорит Бейкер, который руководил исследованием вместе с Балманном.
Прежде чем новое лекарство от рака может быть одобрено для использования человеком в Канаде и Соединенных Штатах, Министерство здравоохранения Канады и FDA требуют, чтобы оно прошло испытания на животных in vivo. Это включает исследования ксенотрансплантатов пациентов, которые представляют собой модели рака, когда ткань или клетки опухоли человека имплантируют мышам с иммунодефицитом. Эти модели позволяют исследователям лучше имитировать рост рака у человека и могут использоваться для изучения воздействия лечения на клинически значимые раковые клетки пациента.
Но в некоторых случаях время, необходимое для создания этих животных моделей для исследования рака, слишком велико. Лабораторный подход к выращиванию этих ценных клеток пациента в более определенном материале может ускорить процесс скрининга.
Новый гидрогель был разработан для имитации микроокружения раковых клеток, создавая высоконадежную систему для исследований рака. Исследователи смогли контролировать входные данные, что привело к контролируемым механическим и биохимическим свойствам тканей, которые они имитировали.
«Долгосрочная цель исследований рака — отказаться от исследований на животных», — говорит Бахлманн. «Если бы мы могли в конечном итоге сказать, что наша платформа предсказывает реакцию in vivo, это дало бы много преимуществ, в том числе сокращение времени, необходимого для получения результатов исследования».
Команда сотрудничала с доктором Дэвидом Сесконом, онкологом и клиницистом-ученым из Онкологического центра принцессы Маргарет в Университетской сети здравоохранения, чтобы получить клетки рака молочной железы пациента, используемые в исследовании. И хотя большая часть исследования была сосредоточена на раке молочной железы, они также использовали платформу для выращивания восьми других типов рака — головного мозга, толстой кишки, лейкемии, легких, лимфомы, яичников, поджелудочной железы и простаты — и расширили свои исследования для изучения клеточной инвазии.
«Мы работаем над тем, чтобы понять процессы клеточной инвазии: когда рак становится более агрессивным, его труднее лечить, и он начинает проникать в различные микроокружения в организме», — говорит Бахлманн.
Исследователи надеются показать, что, выращивая другие раковые клетки в своем гидрогеле, они могут открывать новые мишени и новые лекарства для лечения рака молочной железы и других видов рака.
«Я думаю, что мы движемся к эре точной медицины, и если мы сможем быстро и эффективно исследовать клетки пациента, то мы сможем определить лучшие методы лечения для этого человека», — говорит Шойхет. «Наш новый гидрогель начинает нас в этом путешествии по открытию лекарств».
