Elképesztő módszert találtak ki a rák gyógyítására

Támadás alatt álló ráksejt

3D bionyomtatással miniatűr daganatokat hoznak létre, amelyek sok szempontból úgy viselkednek, mint egy valódi daganat, ezért jól alkalmazhatók gyógyszerhatás felmérésére, illetve a gyógyszerrezisztencia kialakulásának modellezésére.

Ígéretes lehetőség a személyre szabott hatékony terápia kidolgozására

A Kaliforniai Egyetem Los Angeles-i kampuszán (UCLA) működő Jonsson Comprehensive Cancer Center kutatói új eljárást hoztak létre miniatűr daganat-organoidok bionyomtatására. A szerkezetükkel tumort utánzó apró sejtlabdacsok a valódi daganatok felépítésének és funkciójának modellezésére szolgálnak. A most továbbfejlesztett vizsgálómódszer lehetővé teszi a kutatók számára, hogy modern képalkotó eljárásokkal, részletgazdag felbontásban tanulmányozzák és elemezzék az egyedi tumor-organoidokat,

ami segítheti őket abban, hogy személyre szabott terápiákat dolgozzanak ki ritka vagy nehezen kezelhető daganatokra.

Ráksejtek (illusztráció) Forrás: Science Photo Library via AFP/KATERYNA KON/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Kateryna Kon/Science Photo Libra

A módszer leírását a Nature Communications szakfolyóiratban közölték. „A daganat-organoidok mára a tumorbiológia kutatásának alapvető eszközévé váltak, és hozzásegítenek az egyes páciensek számára hatékony gyógyszerek azonosításához" – hangsúlyozta Alice Soragni, aki a Jonsson Comprehensive Cancer Center kutatócsoportjának tagjaként az UCLA orvosi karának ortopédsebészetén dolgozik.

„Azonban még dolgoznunk kell azon, hogy hatékonyabban előre tudjuk jelezni, ha a gyógyszerrezisztencia a daganat sejtjeinek egy kis csoportjában megjelenik, ezt ugyanis a hagyományos vizsgálómódszerekkel nem tudjuk kimutatni.

A nanotechnológia a rák elleni küzdelemben is új perspektívákat nyit Forrás: Guido Vrola | Dreamstime.com

Ez rendkívül fontos szempont, különösen most, hogy az organoid-alapú gyógyszerhatás-jóslatokat már kezdik a klinikai gyakorlatban alkalmazni."

Saját daganatsejtből készítik el mesterséges tumorsejtet

Organoidnak általánosságban olyan miniatürizált szervmodelleket neveznek, amelyek parányi méretük dacára egy szerv felépítésének és működésének komplex modellezésére képesek, mert tartalmazzák az utánozni kívánt szerv valamennyi fontosabb sejtes összetevőjét, és belső háromdimenziós szerkezetük is az eredeti szervére emlékeztet. A daganat-organoidok történetesen nem egy egészséges szervet, hanem egy daganatot utánoznak, méghozzá jelen esetben úgy, hogy a beteg valódi daganatából vett sejtek felhasználásával a laboratóriumban építik fel őket.

Támadás alatt álló ráksejt Forrás: Afp/Sciepro

Azáltal, hogy az organoidot egy konkrét beteg saját daganatsejtjeiből alkotják meg, alkalmas annak tesztelésére, vajon az adott beteg daganata a különböző lehetséges kezelésekre miként válaszolna.

Így az orvosok nem találomra, hanem konkrét kísérletek alapján választhatják ki a beteg számára várhatóan leghatékonyabb kezelési formát.

Ezek a minitumorok már sokat segítettek a kutatóknak a gyógyszerhatás-modellezésben, és egyre nélkülözhetetlenebbé válnak a gyógyszerek hatékonyságának és biztonságosságának tesztelésében, ám a jelenlegi módszerekkel még mindig komoly nehézséget jelent a daganatok belső sokféleségének feltárása, pedig gyakran ez az oka annak, hogy a daganatellenes kezelések idővel hatástalanokká válnak.

Minden tumornak vannak például erei, amelyek táplálják, és ahogy a valódi szervek, úgy a daganatok is kötőszövetes váz köré épülnek fel Forrás: Science Photo Library/ALFRED PASIEKA/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Alfred Pasieka/Science Photo Lib

Eddig nem ismertünk olyan eljárást, amely képes lett volna kimutatni az organoidokon belüli különbségeket.

Speciális 3D-s nyomtatóval állítják elő a kísérleti ráksejteket

E nehézségeket leküzdendő, a kutatók egy bionyomtatási technikát dolgoztak ki, melynek során a daganatsejteket a kötőszöveti fehérjék vékony rétegébe nyomtatják bele, így olyan háromdimenziós minitumorokat hoznak létre,

amelyekben a daganat szöveti felépítése és génexpressziós mintázata a lehető legkevesebbet változik az eredetihez képest.

A csoport a bionyomtatott sejteket nagysebességű élő sejtes interferometriával követte nyomon. E nem-destruktív képalkotó technika révén nemcsak megfigyelni lehet az egyes élő sejteket, de még a tömegüket is meg lehet határozni, mindezt valós időben.

Egy fehérjetüske 3D nyomtatóval készített modellje Forrás: NIH

Végül gépi tanuló algoritmusokat hívtak segítségül az egyes organoidok elemzése és mérése céljából. „Eljárásunk lehetővé teszi több ezer organoid tömegének egyidejű pontos meghatározását" – ismertette Michael Teitell, az UCLA Jonsson Comprehensive Cancer Center igazgatója és a tanulmány egyik rangidős szerzője. „Ennek az információnak az alapján el tudjuk dönteni, mely organoidok melyik kezeléstípusra válaszolnak, és melyikkel szemben maradnak ellenállók, s ezáltal gyorsan ki tudjuk választani a beteg számára leghatékonyabb terápiás opciókat."

Nagyon ígéretes eszköz a rák elleni küzdelemben

A vázolt technikák kombinációjával a kutatók sikeresen figyelték meg a bionyomtatott daganatsejtek növekedési mintázatát az idő előrehaladtával, így meg tudták mondani, hogyan válaszoltak a sejtek az egyes szerekre és kezelésekre. „A méréseket úgy végeztük, hogy nem károsítottuk velük az organoidokat, vagyis növekedésüket és gyógyszerekre adott válaszukat beavatkozásmentesen, neminvazív módon tudtuk követni" – erősítette meg Teitell.

Ráksejt illusztrációja Forrás: Science Photo Library via AFP/CHRISTOPH BURGSTEDT/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Christoph Burgstedt/Science Phot

A kutatók egyes szerek hatását már hat órával az adagolás után ki tudták mutatni.

Képesek voltak továbbá arra, hogy lefüleljék, ha a minitumoron belül a daganatsejtek egy kis csoportja nem reagált a kezelésre.

Ez még elvben homogén sejtvonalak esetében is előfordult, ahol az ellenálló sejtek a túlnyomó többséget alkotó válaszképes sejtek között bújtak meg.

Vastagbélrák számítógépes illusztrációja Forrás: JGT / Science Photo Library via AFP

„Az új vizsgálómódszer segítségével minőségibb és mélyebb információt tudunk kinyerni a gyógyszertesztelésre kidolgozott háromdimenziós betegségmodellekből" – szögezte le Soragni. „Most ugyanezt a módszert ritka, nehezen kezelhető daganatokra is kiterjesztjük." A kutatók távlati célja az, hogy újfajta terápiás lehetőségeket dolgozzanak ki, illetve jobban megismerjék a gyógyszerrezisztencia kialakulásának mechanizmusait, hogy személyre szabott kezelési stratégiákkal tudjanak előállni.