Nanotechnologia, organoidy i rozwój badań nad rakiem piersi
Lepsze zrozumienie biologii raka piersi jest nieodzowne z punktu widzenia rozwoju medycyny spersonalizowanej i opracowywania skuteczniejszych metod leczenia. Organoidy raka piersi oparte na komórkach nowotworowych pacjentki stanowią sposób na precyzyjne odtworzenie tkanki piersi i guzów, dzięki czemu rozwiązują problemy dotyczące tradycyjnych dwuwymiarowych hodowli komórkowych. Takie rozwiązanie stanowi wyjątkowy model in vitro umożliwiający badanie aspektów biologicznych nowotworu piersi i odkrywania nowych leków. Pojawienie się technologii narządów na układach(odnośnik otworzy się w nowym oknie) stanowiło prawdziwą rewolucję w dziedzinach badań chorób in vitro i poszukiwania leków. Rozwiązanie opiera się na mikroukładach scalonych, które odwzorowują struktury ludzkich narządów dzięki zastosowaniu żywych komórek w celu symulacji ich funkcji. Jednym z jego zastosowań jest odtwarzanie złożonych tkanek piersi. Technologia mikroprzepływowa(odnośnik otworzy się w nowym oknie) odgrywa kluczową rolę w odtwarzaniu dynamicznego środowiska fizjologicznego narządów i procesie umożliwiania interakcji między komórkami.
Monitorowanie biomarkerów w czasie rzeczywistym w narządach na układach
Zespół projektu BITFORM postawił sobie cel, jakim było udoskonalenie istniejących narządów na układach, aby umożliwić badanie nowych leków dzięki monitorowaniu w czasie rzeczywistym wydzielin biomolekularnych komórek. Pozyskiwanie takich informacji jest niezbędne w procesie opracowywania modelu choroby, który pozwala na monitorowanie przebiegu leczenia, a także przeprowadzenie badań skuteczności i toksyczności w procesach weryfikacji działania nowych leków. Badania zostały zrealizowane dzięki wsparciu z działania „Maria Skłodowska-Curie”(odnośnik otworzy się w nowym oknie) i obejmowały opracowanie wielomodułowej platformy, w której skład wchodzi model nowotworu piersi na układzie oraz moduł z bioczujnikami pozwalający na wykrywanie biomarkerów w czasie rzeczywistym. Badanie komórek wchodzących w skład narządu na układzie było zwykle przeprowadzane poprzez bezpośrednią obserwację mikroskopową znakowanych cząsteczek biologicznych. „Prace realizowane w ramach projektu BITFORM opierały się na wykorzystaniu bioczujników optycznych niewymagających znakowania, zapewniających wysoką czułość wykrywania biomarkerów raka piersi w czasie rzeczywistym”, wyjaśnia Miguel Holgado, główny badacz projektu i stypendysta działania „Maria Skłodowska-Curie”.
Nowatorski ekosystem raka piersi
Prace zespołu objęły opracowanie ekosystemu raka piersi na układzie poprzez hodowlę trójwymiarowej tkanki nowotworowej opartej na jednoczesnym rozwoju sferoidów komórek raka oraz nabłonka piersi. W skład nowatorskiego ekosystemu wchodził układ przepływowy zapewniający optymalny przepływ cieczy, a także moduł czujników fizjologicznych pozwalających na monitorowanie ilości tlenu, temperatury i pH w pożywce do hodowli komórek, który zapewniał przetrwanie oraz rozwój sferoidów przez dłuższy czas. Zastosowanie bioczujników optycznych opartych na nanosłupkach rezonansowych umożliwiło jednoczesne wykrywanie wielu biomarkerów, w tym interleukiny-8 (IL-8), nawet przy niższych stężeniach. Technologia ta charakteryzuje się lepszymi możliwościami w zakresie absorpcji światła, co pozwala na wykrywanie nawet minimalnych stężeń cząsteczek.
Rozwój badań nad lekami
Modele oparte na komórkach często nie są w stanie odtworzyć reakcji na leki obserwowanych w trakcie późniejszych badań klinicznych. Wraz z rosnącą liczbą przypadków zachorowań na nowotwory, rośnie pilność opracowania nowatorskich systemów, które będą w stanie precyzyjnie przewidzieć, jak guz zareaguje na leki przeciwnowotworowe. „Dzięki pomiarom w czasie rzeczywistym bez wykorzystania znakowania, rozwiązanie BITFORM może monitorować nawet dziesięć różnych związków w ramach jednego badania, przyspieszając proces oceny leków przeciwnowotworowych”, podkreśla Holgado. Badacz kreśli wizję przyszłości, w której multipleksowany system będzie w stanie wykrywać nawet sto biomarkerów i wykorzystywać uczenie maszynowe do przetwarzania danych i opracowywania spersonalizowanych planów leczenia. Dzięki swojej prostocie, minimalnemu zapotrzebowaniu na próbki, ograniczeniu strat leków i obniżeniu kosztów, nowatorska platforma może zmienić oblicze badań leków przeciwnowotworowych.
Słowa kluczowe
BITFORM, rak piersi, narząd na układzie, organoid, bioczujnik optyczny, mikroprzepływowy, nanosłupki rezonansowe, interleukina-8
