Ajuste fino de mini tumores cultivados en laboratorio en 3D para ayudar a predecir cómo responden los pacientes a las terapias contra el cáncer

Científicos del Centro Oncológico Integral Jonsson de la UCLA han desarrollado un nuevo método para bioimprimir organoides tumorales en miniatura que están diseñados para imitar la función y la arquitectura de los tumores reales. El proceso mejorado permite a los investigadores utilizar un método de imagen avanzado para estudiar y analizar organoides individuales con gran detalle, lo que puede ayudar a los investigadores a identificar tratamientos personalizados para personas con cánceres raros o difíciles de tratar.

El método se describe en la revista. Comunicaciones de la naturaleza.

«Los organoides tumorales se han convertido en herramientas fundamentales para investigar la biología tumoral y resaltar las sensibilidades a los medicamentos de pacientes individuales», dijo Alice Soragni, Ph.D., profesora asistente en el departamento de Cirugía Ortopédica de la Facultad de Medicina David Geffen de UCLA y miembro de el Centro Oncológico Integral Jonsson de la UCLA. «Sin embargo, todavía necesitamos mejores formas de anticipar si podría surgir resistencia en una pequeña población de células, que es posible que no detectemos utilizando enfoques de detección convencionales. Esto es realmente importante, particularmente porque las predicciones de fármacos basadas en organoides están comenzando a aprovecharse clínicamente .»

Estos tumores miniaturizados, llamados organoides, se pueden cultivar en un laboratorio utilizando líneas celulares o células de los propios pacientes para comprender mejor la biología y las enfermedades humanas. Al recrear los tumores de los pacientes, los investigadores pueden probar diferentes medicamentos para ver si el tumor responderá bien o mal al tratamiento. Esto puede facilitar que los médicos elijan la mejor terapia para sus pacientes.

Si bien estos mini tumores han ayudado a mejorar el modelado de fármacos y se están convirtiendo en herramientas invaluables para probar la eficacia y seguridad de fármacos potenciales, aún es un desafío para los modelos actuales capturar la heterogeneidad subyacente del tumor que a menudo impulsa la resistencia a la terapia observada clínicamente. Una de las principales limitaciones de este enfoque es que los métodos actuales no capturan los cambios o las diferencias dentro de las muestras de organoides que pueden ser responsables de la resistencia a la terapia que se observa en entornos clínicos.

Para superar estos desafíos, el equipo de investigadores creó un método que utiliza una técnica de bioimpresión para imprimir células en una capa delgada de proteínas extracelulares de soporte para dar lugar a minitumores 3D sin alterar la histología del tejido y las expresiones génicas. El equipo combinó células bioimpresas con interferometría de células vivas de alta velocidad (HSLCI), un sistema de imágenes que es un enfoque no destructivo utilizado para observar y medir el peso de las células vivas en tiempo real. Estos métodos luego se combinan con algoritmos de aprendizaje automático para analizar y medir organoides individuales.

«Al usar este método, podemos medir con precisión las masas de miles de organoides simultáneamente», dijo el Dr. Michael Teitell, director del Centro Oncológico Integral Jonsson de la UCLA y coautor principal del estudio. «Esta información ayuda a identificar qué organoides son sensibles o resistentes a terapias específicas, lo que puede usarse para seleccionar rápidamente las opciones de tratamiento más efectivas para los pacientes».

Con la nueva combinación de métodos, los investigadores confirmaron que podían medir los patrones de crecimiento de las células tumorales bioimpresas a lo largo del tiempo para ver cómo respondían las células a diferentes fármacos o tratamientos.

«Las mediciones se realizaron de una manera que no dañó ni destruyó los organoides, lo que permitió un análisis no invasivo de su crecimiento y las respuestas a los medicamentos», señaló Teitell.

Los investigadores pudieron identificar un efecto de ciertos medicamentos en las células tan pronto como seis horas después de agregar las terapias. El equipo también identificó pequeños grupos de células que no respondieron a los medicamentos, incluso dentro de muestras de líneas celulares muy homogéneas que consistían principalmente en células que respondían al tratamiento.

«Esta nueva tubería ha mejorado la calidad y la profundidad de la información que podemos obtener de la detección de fármacos de modelos 3D de enfermedades», dijo Soragni. «Ahora estamos aplicando el mismo enfoque a los organoides establecidos a partir de cánceres raros y difíciles de tratar».

Los investigadores aprovecharán el nuevo enfoque para descubrir nuevas vías terapéuticas y mecanismos de resistencia para, finalmente, desarrollar estrategias de tratamiento personalizadas.

Los coautores son Peyton Tebon, Bowen Wang y Alexander Markowitz, todos de UCLA. Otros autores de UCLA incluyen a Ardalan Davarifar, Brandon Tsai, Alfredo González, Sara Sartini, Huyen Nguyen, Nasrin Tavanaie, Thang Nguyen y Paul Boutros.