Nad specjalnymi rusztowaniami 3D dla komórek czerniaka pracuje badaczka Politechniki Wrocławskiej. Do ich wytworzenia używa hydrożelowego biopolimeru – alginianu sodu, pozyskiwanego z morskich wodorostów.
Zanim leki przeciwnowotworowe wejdą w fazę testów na żywych organizmach, sprawdza się ich skuteczność w laboratorium. Choć naukowcy starają się symulować komórkom warunki podobne do tych w ludzkim ciele, to ich uzyskanie nie jest prostą sprawą. Rozwiązaniem mogą być hodowle komórek nowotworowych w wersji 3D, które pozwolą na lepsze badanie działania leków.
Nad takimi specjalnymi rusztowaniami 3D dla komórek czerniaka pracuje od kilku lat doktorantka Agnieszka Jankowska z Wydziału Mechanicznego Politechniki Wrocławskiej. Do ich wytworzenia używa hydrożelowego biopolimeru – alginianu sodu, polimeru pochodzenia naturalnego, pozyskiwanego z morskich wodorostów. Przy odpowiednim doborze parametrów hydrożel może zbliżyć się do właściwości tkanki, w której namnaża się nowotwór. Do tego jest biokompatybilny (działa w organizmie żywym bez negatywnych efektów dla niego), ma niewielką toksyczność, niską cenę i można go formować. Wszystko to sprawia, że naukowcy coraz częściej korzystają z niego do budowy rusztowań komórkowych i nośników leków. Badaczka z Wrocławia dąży do stworzenia trójwymiarowej hodowli komórkowej symulującej tkankę guza.
Robię teraz wszystko, żeby stworzyć jak najlepsze warunki dla komórek nowotworowych. Tak, by jak najszybciej się rozwijały i namnażały podobnie jak w ludzkim ciele. Wszystko po to, by potem potraktować je lekami, które – mamy nadzieję – je zniszczą, i pozwolą na opracowanie spersonalizowanych terapii – tłumaczy mgr inż. Agnieszka Jankowska.
3D lepsze od 2D
Jak tłumaczy, o ile komórki nowotworowe w organizmach ludzi i zwierząt szybko się namnażają, a ich przeżywalność jest bardzo wysoka, o tyle w warunkach laboratoryjnych konieczne jest spełnienie wielu warunków, by przetrwały. Do tego takie laboratoryjne hodowle nie oddają zbyt wiernie środowiska, jakim są żywe organizmy. Wynika to z faktu, że są hodowlami płaskimi (2D), a nowotwory inaczej w nich funkcjonują. Mają ze sobą kontakt tylko na krawędziach, zmieniają swój kształt i zupełnie inaczej współpracują z sąsiadującymi komórkami, nie będąc w stanie stworzyć mikrośrodowiska. Efekt jest taki, że w wielu przypadkach leki przeciwnowotworowe, które mają świetne rezultaty w badaniach laboratoryjnych, nie wykazują już tak dobrej skuteczności w badaniach na żywych organizmach.
Bo terapeutyk, który działał w hodowlach płaskich, z jakiegoś powodu nie sprawdza się w tych prawdziwych, trójwymiarowych. Dlatego naukowcy w wielu ośrodkach na całym świecie dążą do prowadzenia badań na strukturach 3D, co znacznie skróci drogę badań klinicznych – dodaje doktorantka.
Drukowanie z hydrożelu
Obecnie jest na etapie szukania odpowiednich parametrów dla rusztowań 3D z alginianu sodu, żelatyny i kilku innych dodatków. Nie jest to zadanie łatwe, bo nawet najmniejsza zmiana w procesie drukowania sprawia, że albo rusztowanie nie tworzy zwartej konstrukcji albo sam proces druku nie spełnia odpowiednich warunków dla komórek, powodując ich śmierć.
Znanym nam, używanym na co dzień hydrożelem jest np. żelatyna występująca w kolorowych galaretkach. Gdy ją rozpuścimy i stężeje, nie będzie się w pełni zachowywała jak ciało stałe. Wystarczy spojrzeć na to, co dzieje się z nią, gdy nią potrząsamy – wyjaśnia obrazowo. – Dlatego uzyskanie z hydrożeli struktur o konkretnym kształcie to duże wyzwanie. Podobnie jak zagwarantowanie warunków, w których komórki nowotworowe przeżyją proces biodruku. Trzeba więc ustalić właściwe stężenie, rodzaje dodatków, wilgotność, temperaturę otoczenia i tuszu w głowicy oraz stołu drukarki, ale także m.in. prędkość druku, ciśnienie, średnicę dyszy albo igły drukującej, ścieżkę drukowania i wiele innych parametrów. Pewnie gdyby ktoś spojrzał na moją pracę z boku, pomyślałby, że nie robię nic innego, tylko non stop drukuję, a mimo to nadal nie znalazłam najlepszych parametrów. A to praca na lata – przyznaje.
Docelowo badaczka planuje drukować z dwóch głowic drukarki 3D synchronicznie – pierwszą warstwę hydrożelu z lekiem przeciwnowotworowym umieszczonym w tuszu i drugą warstwę hydrożelu z komórkami nowotworowymi. Wówczas możliwe będzie analizowanie wpływu konkretnego leku na komórki czerniaka, na którym skupiła się badaczka (ze względu na dostępność tych komórek, ale i fakt, że nie jest to nowotwór „popularny” wśród zespołów naukowych).
To dopiero początek
W dalszej przyszłości, gdy zakończę badania podstawowe, kolejną ścieżką badań mogłyby być próby wytworzenia struktur przepływowych. Rusztowanie, nad którym teraz pracuję, będzie strukturą stałą. Do otoczonych lekiem komórek, które znajdą się w środku, nic już więcej nie będziemy mogli dostarczyć. Natomiast struktura przepływowa mogłaby symulować cały system odprowadzania i doprowadzania krwi w organizmie, z odpowiednim ciśnieniem i w odpowiednim cyklu. Dzięki temu badania leków jeszcze lepiej oddawałyby ich działanie w naszym ciele – przekonuje badaczka PWr.
Lucyna Róg, źródło: PWr