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Multi-compartmental Tumor-on-a-Chip

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Un innovativo tumore su chip dà impulso alla ricerca sul cancro

I ricercatori dell’UE hanno ricreato su un chip le condizioni in cui si diffondono i tumori maligni. Questo risultato potrebbe offrire agli scienziati un nuovo potente strumento per analizzare la crescita tumorale e valutare l’efficacia di nuovi trattamenti.

Salute

Il cancro al seno è ancora uno dei tumori più comuni tra le donne in tutto il mondo. Sebbene il tasso di mortalità tra le donne più anziane si sia ridotto grazie a una maggiore consapevolezza e a trattamenti migliori, rimane invariato per quelle sotto i 50 anni. «La principale causa di morte sono le metastasi», spiega Christa Ivanova, partner del team del progetto MTOAC e direttrice della ricerca e dell’innovazione presso ELVESYS in Francia. «Si tratta del fenomeno per cui le cellule si staccano dalla massa tumorale primaria, invadendo tessuti e organi attraverso il flusso sanguigno. Una volta formatesi le metastasi del cancro, le possibilità di sopravvivenza si riducono drasticamente.» Il progetto MTOAC, intrapreso con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, è stato avviato con lo scopo di comprendere meglio il processo delle metastasi. Per raggiungere tale obiettivo, il team di ricerca si è prefissato di costruire un dispositivo microfluidico in grado di ricreare l’ambiente fisiologico di un tumore. Si riteneva, infatti, che tale dispositivo potesse fornire agli scienziati un metodo semplice e conveniente per coltivare e analizzare cellule tumorali. Tra i benefici principali della soluzione vi è la fornitura di risultati comparabili a quelli da modelli in vivo, offrendo allo stesso tempo un prezzo inferiore e un dispositivo più corretto dal punto di vista etico e più semplice da utilizzare.

Simulazione dell’ambiente tumorale

Il dispositivo microfluidico sviluppato dal team del progetto consiste in un minuscolo chip microfluidico in cui far crescere le cellule e da pompe che regolano il flusso di nutrienti verso di esse, simulando dunque ciò che avviene nel corpo. Il chip contiene tre camere legate da piccolissimi canali. «L’idea era che la semina di cellule in ciascun compartimento ci avrebbe permesso di studiare la crescita e il comportamento cellulare», aggiunge Ivanova. Dopo aver costruito la piattaforma microfluidica per la coltura cellulare, il team del progetto vi ha seminato le cellule, tra cui alcune cellule di tumore al seno disponibili in commercio. Le cellule sono state integrate in un idrogel composto da collagene, che aiuta a farle aderire al chip microfluidico. Esse sono state lasciate libere di proliferare e formare strutture tridimensionali. Dopo alcuni giorni, questi sistemi di «tumore su chip» sono stati analizzati per valutare l’assorbimento del glucosio, l’ipossia e le interazioni tra tipi di cellule diversi. «Abbiamo scoperto che le cellule derivate dal tumore consumano più glucosio», spiega Ivanova. «Questo risulta logico, dato che mostrano una crescita più veloce. Inoltre, abbiamo scoperto che il centro della coltura cellulare tridimensionale diventa necrotico a causa dell’ipossia. Si tratta di un evento comune nei tumori, poiché la rapida crescita cellulare non permette una fornitura continua di sangue/ossigeno freschi. Questo stato spesso avvia la formazione di metastasi.» Il team del progetto ha inoltre scoperto che una co-coltura di cellule del cancro al seno e di cellule di vasi sanguigni ha causato una migrazione delle prime verso le seconde. «Queste tre osservazioni sono tutte in linea con le pubblicazioni della letteratura in materia», osserva Ivanova. «Ciò suggerisce che il sistema di coltura cellulare tridimensionale da noi costruito è in grado di simulare il microambiente tumorale reale».

Soluzione standardizzata

Il successo del progetto evidenzia che la tecnologia microfluidica ha le potenzialità per aiutare gli scienziati a comprendere meglio i meccanismi biologici alla base del cancro. «In passato la complessità della microfluidica intimidiva gli studiosi», afferma Ivanova. «Speriamo che più ricercatori potranno trarre vantaggio da tale tecnica, grazie a questo sistema microfluidico di semplice utilizzo.» A tutti gli effetti, il progetto MTOAC rappresenta un traguardo importante nel percorso verso un sistema di tumore su un chip standardizzato, che potrebbe un giorno sostituire i modelli animali, laddove possibile. La standardizzazione è infatti fondamentale: sul mercato sono disponibili diversi sistemi di tumore su un chip, ma tendono a essere limitati a linee cellulari specifiche e il prezzo rimane molto elevato. «Continueremo a lavorare su questo sistema per renderlo più accessibile e meglio conosciuto nella comunità di ricerca», aggiunge Ivanova.

Parole chiave

MTOAC, tumori maligni, microfluidico, seno, cancro, cellula, ipossia, flusso sanguigno

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