Nanotecnologie e organoidi, un passo in avanti nella ricerca sul cancro al seno
Incrementare la comprensione della biologia del cancro al seno è fondamentale per la medicina personalizzata e per garantire lo sviluppo di trattamenti più efficaci. Ricavati in modo specifico dalle cellule tumorali di una paziente, gli organoidi del cancro al seno offrono una replica precisa del tessuto mammario e dei tumori, consentendo di superare i limiti associati alle tradizionali colture cellulari bidimensionali. Questa innovazione offre un modello in vitro inestimabile per analizzare la biologia del carcinoma mammario ed esplorare nuove vie di trattamento. L’avvento della tecnologia «organ-on-a-chip»(si apre in una nuova finestra) ha rivoluzionato l’analisi in vitro delle malattie e la scoperta di farmaci. Questa tecnica prevede l’utilizzo di microchip che imitano le strutture degli organi umani attraverso la sistemazione di cellule viventi per simulare le funzionalità di vari organi, compresa la complessità del tessuto mammario. In relazione alla necessità di emulare l’ambiente fisiologico dinamico di tali organi e facilitare le interazioni tra le cellule, la tecnologia microfluidica(si apre in una nuova finestra) svolge un ruolo fondamentale.
Un monitoraggio in tempo reale dei biomarcatori in sistemi organ-on-a-chip
Il progetto BITFORM si è prefisso di far progredire i sistemi organ-on-a-chip esistenti per la scoperta di farmaci introducendo il monitoraggio in tempo reale delle secrezioni biomolecolari delle cellule, informazioni necessarie per lo sviluppo di un modello di malattia destinato a essere impiegato ai fini del monitoraggio delle terapie e dei test di efficacia e tossicità svolti nell’ambito dei processi di approvazione di nuovi farmaci. La ricerca, intrapresa con il supporto del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie(si apre in una nuova finestra) (MSCA), ha previsto l’ingegnerizzazione di una piattaforma multi-modulo che comprende un campione di tumore al seno su chip collegato a un modulo di biorilevamento per l’individuazione di biomarcatori in tempo reale. La valutazione delle cellule incluse negli organi su chip viene tradizionalmente effettuata attraverso l’osservazione diretta al microscopio di molecole biologiche etichettate. «BITFORM si è basato su un biosensore ottico privo di etichette che offre capacità di rilevamento ad alta sensibilità dei biomarcatori associati al cancro al seno in tempo reale», spiega il ricercatore principale Miguel Holgado, borsista MSCA.
Un ecosistema di nuova concezione per il carcinoma mammario
Il team ha progettato specificamente un ecosistema di cancro al seno su chip in cui il tessuto tridimensionale malato proviene dalla co-coltura di sferoidi di cellule tumorali mammarie e di cellule epiteliali del seno. Questo ecosistema, che comprende un chip fluidico per un flusso ottimale di liquidi e un modulo di rilevamento fisiologico per il monitoraggio dell’ossigeno, della temperatura e del pH nel terreno di coltura cellulare, ha supportato la vitalità e la crescita degli sferoidi in co-coltura per periodi prolungati. L’incorporazione di un biosensore ottico privo di etichette basato su nanopillar risonanti ha reso possibile la rilevazione simultanea di più biomarcatori a bassa concentrazione, tra cui l’interleuchina-8 (IL-8). Questa tecnologia mette in evidenza una maggiore capacità di assorbimento della luce per rilevare molecole a concentrazioni minime.
Migliorare la ricerca e lo sviluppo dei farmaci
I modelli basati sulle cellule spesso non permettono di prevedere fedelmente le risposte ai farmaci osservate negli studi clinici effettuati posteriormente. L’aumento dell’incidenza dei casi di cancro comporta una pressante necessità di un sistema ingegneristico in grado di prevedere con precisione la risposta messa in atto dal cancro di un paziente ai farmaci antitumorali. «Attraverso le sue misurazioni in tempo reale prive di etichette, la piattaforma BITFORM è in grado di monitorare fino a 10 composti diversi in un unico test, accelerando il processo di valutazione dei farmaci antitumorali», conclude Holgado. Holgado immagina un futuro ancora più sofisticato, in cui un sistema multiplexato riuscirà a rilevare 100 biomarcatori e si avvarrà dell’apprendimento automatico per l’elaborazione dei dati e l’implementazione di piani di trattamento personalizzati. Grazie ai vari vantaggi offerti, quali semplicità, quantità minima di campioni richiesti, spreco estremamente ridotto di farmaci ed efficacia in termini di costi, questa piattaforma dispone del potenziale per trasformare i test delle terapie antitumorali.
