Крошечные опухолевые ткани для борьбы с раком – Линза Монаша

Адъюнкт-профессор Даниэла Лесснер в Монаше занимается двумя мирами: инженерией и медициной, особенно тканевой инженерией и клеточной биологией.

Ее работа в крошечном, крошечном масштабе помогает проложить путь к более точным лекарствам для борьбы с раком путем создания трехмерных моделей опухолевых тканей.

Новый обзор, который она вела о появляющейся тиссОбласть инженерной деятельности изложена в Материалы обзоров природыи показывает, что достижения в нескольких сложных научных областях позволяют создавать высокоточные трехмерные модели опухоли отдельного пациента, на которых можно тестировать лечение.

Во введении к статье объясняется, что, несмотря на то, что рак является «главной причиной смерти во всем мире», разработка новых методов лечения частично затруднена из-за широкой изменчивости. Например, один и тот же тип опухоли поджелудочной железы различается у двух пациентов, и существуют различия внутри опухоли у одного пациента.

Больше, чем клеточная биология

Науке также требуется нечто большее, чем просто клеточная биология. Нужен опыт в разработке материалов синтетического и природного происхождения — полимеров, водорослей, желатина и целлюлозы. Инженеры-специалисты также создают биопринтеры и используют так называемые «биочернила» для 3D-печати каркасов для 3D-моделей.

Адъюнкт-профессор Лесснер занимает свои совместные должности в Инженерный факультет и Факультет медицины, сестринского дела и медицинских наука также на Институт исследований полимеров Лейбница в Дрездене, Германия.

Она является международным экспертом в области инженерии опухолевых тканей, начав с должности клеточного биолога при раке яичников и перейдя на биоинженерию, материаловедение, нанотехнологии и инженерию стволовых клеток — тематическое исследование для современной междисциплинарной науки.

«Клеточные биологи могут выращивать раковые клетки в лаборатории, но мы не можем понять опухоль, выращивая раковые клетки изолированно», — объясняет она. «Секрет создания лучших 3D-моделей рака заключается в междисциплинарном сотрудничестве тканевой инженерии и биологии».

---

Читать далее: Генетические секреты почти 2700 видов рака раскрыты знаковым международным проектом

---

3D-модели очень маленькие, около пяти миллиметров в диаметре. Базовые «матрицы» и каркасы изготовлены из разных биоматериалов.

Нововведение теперь заключается в том, что 3D-модели фиксируют взаимодействия между многими клетками, обнаруженными в опухолевой ткани. Теперь ученые могут рассматривать все микроокружение опухоли, со злокачественными и здоровыми клетками внутри и внеклеточным матриксом снаружи.

«Эта матрица меняется, когда у человека развивается рак», — говорит она. «Она становится более плотной и жесткой, меняется состав, а затем развивается опухоль, которая способствует росту опухоли, а также, к сожалению, прогрессированию болезни.

«Таким образом, взаимодействие клеток и матрикса играет большую роль в метастазы“, – говорит она, – и большинство людей, у которых диагностирован рак, умирают от метастазов, а не из-за первичной опухоли. Мы начинаем узнавать гораздо больше, потому что у нас есть эти новые технологии – мы пытаемся использовать различные новые лекарства для смягчения этой матрицы.

«Если это то, что пациент получает в первую очередь, а затем вы наносите ему химиотерапию, это должно быть намного эффективнее».

Общение — это ключ

Большая часть поведения опухолей и реакции на лечение в настоящее время связаны со связью между раковыми клетками и нераковыми или «стромальными» клетками, до такой степени, что стромальные клетки, поддерживающие рост опухоли, сами могут быть мишенями для противораковой терапии.

Раковые клетки также могут секретировать и реконструировать свой собственный внеклеточный матрикс, изменяя физические свойства окружающих тканей таким образом, что это может усиливать клеточную инвазию.

«Например, опухоли поджелудочной железы очень твердые или жесткие, — говорит доцент Лесснер, — и эта твердость или жесткость могут быть связаны с более агрессивным заболеванием, которое гораздо труднее лечить».

Доцент Лесснер и ее команда также находят и внедряют способы сделать жесткость и эластичность 3D-моделей «настраиваемыми», чтобы они могли имитировать физические свойства, обнаруживаемые в опухолевых тканях на разных стадиях прогрессирования заболевания.

«Воспроизводя физическую среду, мы можем заставить раковые клетки расти в лаборатории точно так же, как в их исходных условиях в организме», — говорит она.

Меньше зависимости от клинических испытаний

Чем лучше будет трехмерная модель тканевой инженерии, тем точнее ученые смогут изучить и понять рост, миграцию и инвазию раковых клеток, а также наблюдать за реакцией на химиотерапию и быстро развивающийся спектр иммунотерапии или терапии, направленной на строму.

Научные достижения означают меньшую зависимость от доклинических испытаний с целью «совместного клинического» лечения или «совместных клинических» испытаний, когда пациент и лабораторная модель одной и той же опухолевой ткани обрабатываются и сравниваются. Пока не в реальном времени, но очень быстро – недели за три-четыре.

«Мы получаем быстрый ответ, мы возвращаемся к пациенту и онкологу и рекомендуем конкретную комбинацию лечения для этого пациента.

В документе говорится, что две области исследований, особенно нуждающиеся в новых подходах к 3D-онкологии, имеют «неудовлетворенную клиническую потребность» — опухоли поджелудочной железы, которые, по прогнозам, станут второй по значимости причиной смерти от рака в течение этого десятилетия, и редкие виды рака у детей, такие как нейробластома, остеосаркома и саркома Юинга.