Un nuevo dispositivo de microfluidos muestra que la forma del tumor predice la agresividad del cáncer

Investigadores de la Facultad de Ciencias Aplicadas e Ingeniería de la Universidad de Toronto han diseñado una nueva plataforma de microfluidos que permite un control y manipulación sin precedentes de las formas de los tumores, un área en gran medida inexplorada con un gran potencial para avanzar en la investigación del cáncer.

El trabajo, dirigido por el profesor Edmond Young, ofrece nuevos conocimientos sobre cómo la forma de los tumores puede predecir el comportamiento y la agresividad de las células cancerosas, lo que abre nuevas vías para una atención del cáncer más personalizada y específica.

«Si bien existen varias plataformas para el modelado in vitro de esferoides (agregados tridimensionales de células que pueden imitar tejidos y mini tumores), un desafío en el campo de la investigación del cáncer ha sido la incapacidad de controlar la forma, la recuperación y la ubicación de estos organoides cancerosos. «, dice Sina Kheiri, coautora principal del estudio, que fue publicado recientemente publicado en Materiales avanzados.

«Entonces, los investigadores terminan con estos tumores en un chip que no se pueden caracterizar fácilmente porque están pegados al dispositivo y sólo se pueden observar mediante microscopía óptica».

La nueva plataforma, llamada Esferoide recuperable en un chip con forma externa sin restricciones (ReSCUE), brinda a los investigadores la capacidad de recuperar y liberar tumoroides para realizar análisis y caracterizaciones posteriores.

La plataforma también permite a los investigadores cultivar organoides cancerosos en la forma que deseen. Esto es importante, dice Kheiri, porque gran parte de la investigación actual sobre el modelado in vitro de células cancerosas se centra en tumores de forma esférica, pero los tumores en un cuerpo pueden adoptar muchas formas diferentes.

«En muchos cánceres invasivos, la forma del tumor no es esférica», afirma. «Por ejemplo, en un estudio reciente de 85 pacientes con cáncer de mamasólo el 20% de los tumores eran esféricos.

«Si los estudios de modelado se limitan a formas de tumores esféricos, entonces no estamos analizando el espacio paramétrico completo y la escala de los tumores que se observan en la vida real. Solo estamos analizando una pequeña porción de la respuesta completa para comprender el comportamiento de las células cancerosas. «

El doctorado de Kheiri. La investigación fue cosupervisada por Young y la profesora Eugenia Kumacheva, del Departamento de Química de la Universidad de Toronto y asignada conjuntamente al Instituto de Ingeniería Biomédica.

El desarrollo de la plataforma ReSCUE se llevó a cabo en colaboración con el Dr. David Cescon, científico clínico y oncólogo médico de mama del Princess Margaret Cancer Center en Toronto. El equipo de Cescon proporcionó acceso a las células cancerosas que se utilizaron para formar organoides de cáncer de mama.

La plataforma multicapa también utiliza electrocardiogramaun hidrogel biomimético desarrollado por el grupo de laboratorio de Kumacheva, que actúa como un andamio, permitiendo que las células cancerosas derivadas del paciente crezcan y se organicen como lo harían in vivo, dentro del tejido humano.

La idea de que la forma de los tumores determina el comportamiento de las células cancerosas fue un descubrimiento fortuito para Kheiri. Cuando estaba optimizando y desarrollando la plataforma de microfluidos, descubrió que algunos de los tumoroides derivados de pacientes formaban curvaturas positivas debido a la forma del micropocillo.

«Estaba jugando con la relación de aspecto de los micropocillos y observé que cuando los pocillos tenían una forma más parecida a una varilla o alargada, en lugar de una forma circular o de disco, los tejidos formaban hebras celulares en las regiones con curvatura positiva», dice. .

«No vi eso en tumoroides de la misma muestra de células cancerosas que formaran una forma esférica. Entonces, comenzamos a hacer diferentes formas y a analizar los efectos de la forma o curvatura en el comportamiento del cáncer».

El equipo examinó tumoroides en forma de disco, bastón y U y encontró una mayor actividad celular y una mayor proliferación en las curvaturas positivas, donde la forma del tumor es convexa y se curva hacia afuera.

Esto podría significar que el crecimiento de células en estas áreas es más invasivo en comparación con áreas del tumor que tienen una curvatura plana.

«Comprender la relación entre la forma del tumor y el comportamiento de las células es importante para predecir la agresividad del tumor y planificar estrategias de tratamiento adecuadas, como la radioterapia dirigida o la administración de fármacos», afirma Kheiri.

«Queremos abrir esta puerta y brindar a los investigadores una plataforma que puedan utilizar para estudiar cómo responden las diferentes formas de tumores en el tratamiento con medicamentos contra el cáncer, en radioterapia y quimioterapia».

Kheiri es actualmente investigador postdoctoral en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), pero continúa brindando apoyo al Young Lab en el desarrollo continuo de la plataforma ReSCUE. Los investigadores presentaron recientemente una patente estadounidense y buscan aprovechar sus resultados.

«Esperamos que estos minitumores de forma única puedan ayudar a los biólogos e investigadores del cáncer a comprender mejor la biología de las células cancerosas y cómo responden a los medicamentos», dice Young.

«Vamos a agregar características aún más complejas, como la vasculatura circundante. Cuanto más control tengamos sobre las características que podemos incluir en nuestros modelos, más realistas se volverán y más precisas serán nuestras pruebas de drogas».