Una piattaforma messa a punto da ricercatori dell’Università di Bologna e del CNR permette di far crescere nello stesso pozzetto micro-tumori diversi tra loro, con dimensioni e posizioni stabilite in anticipo. In prospettiva, potrebbe aprire la strada a terapie personalizzate costruite sulle cellule tumorali dei singoli pazienti.
Non esistono due tumori uguali, e nemmeno all’interno di un singolo tumore le cellule sono tutte uguali: convivono popolazioni con caratteristiche genetiche e comportamenti diversi.
È una complessità difficile da riprodurre in laboratorio, e per questo molti farmaci antitumorali che sembrano promettenti nei test falliscono poi sui pazienti.
Per superare questo ostacolo, un gruppo di ricercatori dell’Università di Bologna e del Consiglio Nazionale delle Ricerche ha sviluppato un sistema che consente di creare piccoli aggregati tridimensionali di cellule tumorali, controllandone dimensioni, composizione e posizione. La piattaforma, presentata sulla rivista Advanced Healthcare Materials, unisce biostampa e microfabbricazione per ottenere decine di micro-tumori differenti all’interno di un unico pozzetto di coltura. Gli autori l’hanno battezzata “cancer-in-a-well”.
“Ogni aggregato tridimensionale di cellule tumorali – chiamato sferoide – cresce in un proprio spazio separato, ma condivide il terreno di coltura con gli altri, scambiando segnali chimici come accade tra le diverse regioni di un tumore reale o tra un tumore e i tessuti circostanti”, spiega Giampaolo Zuccheri, professore al Dipartimento di Farmacia e Biotecnologie dell’Università di Bologna, tra gli autori dello studio insieme ai professori De Biase e Brandimarti del Dipartimento di Farmacie e Biotecnologie e del Dott. Bonetti del CNR. “E in futuro questa piattaforma potrebbe essere utilizzata anche per valutare preventivamente l’efficacia di diverse terapie su cellule prelevate dai singoli pazienti”.
I modelli cellulari tradizionali sono bidimensionali: le cellule crescono su superfici piane e rigide, che non sono in grado di replicare l’ambiente naturale dei tessuti. E tantomeno riescono a simulare la complessa serie di risposte che avvengono in un paziente quando riceve una terapia antitumorale. Si stima che appena il 5% dei farmaci oncologici testati solo su modelli cellulari 2D abbia superato con successo la fase di testi clinici.
Esistono anche modelli più moderni, con colture cellulari 3D, che però riescono a riprodurre solo una versione semplificata del tumore, perdendo quella complessità che nella realtà clinica è decisiva per arrivare a un trattamento efficace. Mentre le tecnologie che consentono ricostruzioni più complesse, come i sistemi “organ-on-chip”, sono costosi, offrono risultati difficili da replicare, a basso impatto e con una scarsa rilevanza statistica.
“A differenza dei sistemi ‘organ-on-chip’ più sofisticati, che richiedono strumentazione complessa e producono un numero molto piccolo di colture – dice Zuccheri -, la piattaforma che abbiamo messo a punto con un approccio di è pensata per poter produrre molte colture in parallelo e essere utilizzabile da qualunque laboratorio di biologia cellulare, con una bioprinter semplice e dispositivi realizzabili con materiali economici come silicone o agarosio”.
Nella nuova piattaforma, che unisce biostampa e microfabbricazione, una biostampante deposita quantità precise di cellule in minuscole cavità, dove crescono formando piccoli gruppi tridimensionali. I ricercatori possono scegliere dimensioni, composizione e posizione di ogni gruppo, ricreando parte della diversità presente nei tumori. Ed è possibile aggiungere altre cellule anche in seguito, per osservare come cambiano queste interazioni.
I ricercatori hanno dimostrato che il sistema permette di testare l’effetto di farmaci su insiemi statisticamente robusti di colture 3D. Inoltre, prelevando uno o pochi sferoidi dai dispositivi durante la coltura, si possono anche effettuare caratterizzazioni genomiche avanzate, compatibili con gli standard diagnostici clinici.
“Sul fronte delle possibili applicazioni cliniche, cellule prelevate da un paziente durante una biopsia potrebbero, in linea di principio, essere utilizzate per costruire modelli cellulari complessi e testare rapidamente l’efficacia di diverse terapie”, dice Zuccheri. “Oggi circa il 20% dei pazienti oncologici che non risponde alle terapie standard, spesso a causa di varianti genetiche rare o di significato incerto: questa soluzione potrebbe quindi rivelarsi un importante strumento per sviluppare terapie mirate“.
Fonte: Università di Bologna, nella foto: schema concettuale della tecnologia sviluppata
