Technológia - Új rákterápiák 3D-nyomtatott daganatmodellekkel?

A 3D-s bionyomtatás feltörekvő technológiája ígéretesnek tűnik a rákkutatás felgyorsítása szempontjából. Ma már arra is van mód, hogy 3D-nyomtatott daganatmodellek segítsék az új rákterápiákat.

Komoly előrelépéseket tettek a kutatók az elmúlt 2 évtizedben a rákgyógyítás terén. Csak Amerikában 27 százalékkal csökkent le azon páciensek száma, akik belehalnak a daganatos betegségbe. A tudósok továbbra is tanulmányozzák a rák működésének összetett részleteit, hogy további kezelési lehetőségeket tárhassanak fel.

Napjainkban egyre feltörekvőbb technológiának számít a 3D-s bionyomtatás – például az emberi test 3D-s nyomtatása, tényleges emberi sejtek felhasználásával. A módszer ígéretes, felgyorsíthatja a kutatást. Lehetővé teheti a szakemberek számára, hogy olyan 3D-s daganatmodelleket fejlesszenek ki, amelyek jobban reprezentálják a betegek mintáit. Ennek hatása óriási lehet.

„Nem ez az egyetlen technológia, amely megoldja a daganatok in vitro modellezését, de minden bizonnyal az egyik, amely leginkább képes rá” – fogalmazott Y. Shrike Zhang, PhD, a Harvard Egészségügyi Iskola orvosi adjunktusa és a Brigham és Női Kórház biomérnök munkatársa, aki régóta tanulmányozza a 3D-nyomtatást.

Miért lényeges ez a technológia?

Nem biztos, hogy a tudósok által gyakorta használt 2D sejtkultúrák képesek megragadni a rák növekedésének, terjedésének és kezelésre adott reakcióinak teljes komplexitását. Ez az egyik oka annak, hogy kevés potenciális új rákellenes gyógyszer – egy becslés szerint 3,4 százalék– jut csupán át minden klinikai vizsgálaton, s nem kerülnek a páciensekhez. Ezzel szemben a 3D-s bionyomtatott modell jobban lemásolja a daganat „mikrokörnyezetét” – minden olyan részt – sejteket, molekulákat, ereket -, amelyek körülveszik a tumort.

„A tumor mikrokörnyezete alapvető szerepet játszik a rák előrehaladásának meghatározásában” – magyarázta Madhuri Dey, a Penn Állami Egyetem doktorjelöltje és kutatója. – “Az in vitro 3D modellek kísérletet jelentenek egy rák-mikrokörnyezet helyreállítására. Ez rávilágít arra, hogyan reagálnak a daganatok a kemo- vagy immunterápiás kezelésekre, amikor natív mikrokörnyezetben vannak jelen.”

Fotó: 123rf.com

A Dey vezette tanulmányban 3D-bionyomtatták és sikeresen kezelték a mellrák daganatait. A rákos sejtek néhány korábbi 3D-s modelljétől eltérően ez a modell jobban imitálta a mikrokörnyezetet. Mint mondta, a rákmodellek 3D-s bionyomtatása korábban a hidrogélekkel töltött egyedi rákos sejtek bionyomtatására korlátozódott. Kollégáival azonban kifejlesztettek egy technikát – az úgynevezett aspirációs bioprintinget- , amely lehetővé teszi, hogy ellenőrizzék, hol helyezkednek el az erek a daganathoz képest. „Ez a modell megalapozza a rák árnyalatainak tanulmányozását” – mondta Dey.

Zhang kiválónak nevezte a munkát. A daganattípusok többségénél mindig kulcsfontosságú összetevő a vaszkularizáció, azaz egy szerv összekapcsolódása a vérrendszerrel – jegyezte meg, hozzátéve: a vérereket magában foglaló modell kritikus rést biztosít ahhoz, hogy a daganatmodellek teljes potenciálját kiaknázhassák a rákkutatásban.

3D nyomtató az emberi testhez

A 3D-s nyomtatásról nagyon sokan tudnak, van, aki otthon is rendelkezik ilyen géppel. Az orvosi koncepció olyan, akár a szokásos nyomtatás – ám ahelyett, hogy tintát lövellne a papírra, a 3D-s nyomtató műanyag vagy egyéb anyagréteget bocsát ki, hogy az alapoktól felépítsen egy tárgyat. A háromdimenziós bionyomtatás nagyjából ugyanígy működik, leszámítva, hogy ezek a rétegek élő sejtekből állnak, s olyan biológiai struktúrákat hoznak létre, mint a bőr, az erek, a szervek vagy a csontok.

A bioprinting technológia 1988 óta létezik. Korábban főleg kutatási környezetben alkalmazták, például a regeneratív gyógyászat területén. Kutatások folynak a fül rekonstrukciójával, az idegek- és a bőr regenerációjával kapcsolatban. A technológiát nemrégiben szemszövet létrehozására is használták, hogy segítsenek a kutatóknak a szembetegségek tanulmányozásában. A technológia rákkutatási felhasználási lehetőségei még nincsenek teljesen kiaknázva – ami azonban változhat – vélekedett Madhuri Dey.

A 3D-s bionyomtatott daganatmodellek használata már a küszöbön áll a rákkutatásban – jegyezte meg Zhang. „A kutatási terület egyre inkább alkalmazza őket, s emellett a gyógyszeripar is elkezdte feltárni a technológiát, hogy felhasználhassa a rákellenes gyógyszerek fejlesztésére.” Mivel a bionyomtatás automatizálható, a kutatók számára ez megoldhatja, hogy kiváló minőségű, összetett daganatmodelleket hozzanak létre, méghozzá nagyléptékben.

Fotó: 123rf.com

Az ilyen 3D-s modellek arra is képesek, hogy helyettesítsék vagy csökkentsék az állatok alkalmazását a daganatos gyógyszertesztekben. „Az állatmodellekhez képest ezektől pontosabb gyógyszerreakciót várnak, mivel az állatok fiziológiája nem egyezik az emberekével” – magyarázta Dey.

“A tény, hogy az amerikai Élelmiszer- és Gyógyszerellenőrzési Hatóság új törvénye megszünteti a követelményt, hogy a gyógyszereket állatokon teszteljék, mielőtt embereken tennék azt, további utat nyitott az ilyen technológiák előtt a gyógyszerfejlesztés folyamatában” – jegyezte meg Zhang.

Készíthető egyedi daganatmodell minden páciens számára?

A bionyomtatás lehetséges felhasználási lehetőségei túlmutatnak a laboratóriumon.

“Ha ugyanis testre szabják a 3D-s daganatmodelleket az egyes betegek biopsziái alapján, az orvosok számos kezelést tesztelhetnek ezeken a beteg-specifikus modelleken – ezzel pedig pontosabban megjósolhatják, miként reagálnak egyes betegek a különböző terápiákra. Mindez segítene az orvosoknak eldönteni, melyik kezelés a legjobb” – mondta el Madhuri Dey.

Dey tanulmánya során a 3D modellt kemoterápiával és immunterápiával kezelték, s az mindkettőre reagált. Ez rávilágít arra, hogy az ilyen 3D-s modellek képesek feltárni a szervezet immunválaszát és alkalmazhatók a terápiák szűrésére – mutatott rá a szakember.

Dey és munkatársai abban bíznak, hogy a jövőben ezt a technikát a kórházban is meghonosíthatják, ami felgyorsítaná a rákkezelés folyamatát. Ennek érdekében most valódi, betegekből eltávolított emlőrákdaganatokkal dolgoznak és 3D-ben újrateremtik azokat a laboratóriumban, hogy felhasználják őket a kemo- és immunterápiás szűrésekhez.