Подсесть на сфероиды: напечатанная 3D-опухоль поможет найти средство от рака
Российские ученые разработали технологию создания реалистичных моделей раковых опухолей — их печатают на 3D-принтере. Эти тканеинженерные конструкции предназначены для испытания лекарств и новых методов терапии онкообразований. Сейчас подобные эксперименты проводятся на однослойных клеточных моделях. Однако из-за своего двумерного строения они не могут повторить структуру реальной опухолевой ткани. Предложенная методика позволит понять, как потенциальное лекарственное вещество проникает вглубь патологического образования. По мнению экспертов, технология перспективна, однако для достижения прорывных результатов необходимо дальнейшее усложнение модели.
Реалистичная модель опухоли
Специалисты НИТУ МИСИС при помощи 3D-биопечати разработали эквиваленты раковых опухолей. Они предназначены для детального исследования механизмов появления злокачественных новообразований и создания более эффективных методик их лечения. Сейчас в лабораторных экспериментах для этих целей ученые используют модели, состоящие из монослоя клеток. Однако из-за своей двумерной структуры они не могут точно воспроизвести строение трехмерной опухоли. Поэтому на них нельзя проследить эффективность проникновения препарата вглубь новообразования.
— Трехмерные эквиваленты опухолевой ткани, которые могли бы моделировать ее структуру in vitro, пока не используются фармкомпаниями. Но их создание и внедрение в процесс разработки новых противоопухолевых препаратов — это просто вопрос времени, — сказала заведующая научно-образовательной лабораторией тканевой инженерии и регенеративной медицины университета Елизавета Кудан.
3D-модели для тестирования лекарств используются для более детальной имитации биологии человека. С их помощью можно проверять токсичность препаратов и создавать сценарии заболеваний. Такие тканеинженерные конструкции можно разрабатывать индивидуально под анатомию конкретного пациента. Использование 3D-моделей поможет сократить потребность в испытаниях на животных и ускорить разработку лекарств.
Чтобы напечатать модель на 3D-биопринтере, ученые использовали клетки рака поджелудочной железы и клетки кожи — фибробласты. Они стали основным компонентом микроокружения злокачественного новообразования. Полученные образцы оставались жизнеспособными в течение трех-четырех недель.
Дальнейшее усложнение модели
Также специалисты исследовали, как свойства конечных тканеинженерных структур зависят от их строения. Форма влияет на микроокружение опухоли и прогрессирование рака. В большинстве аналогичных исследований злокачественные клетки помещают в центр, а остальные компоненты — на периферии. Однако при такой компоновке образуется капсула, а не полноценная стромальная структура (основа органа).
— Модели были напечатаны с использованием тканевых сфероидов (тканеподобные многоклеточные агрегаты шаровидной формы. — «Известия»). Это более сложный подход, чем традиционная экструзионная биопечать (один из самых распространенных методов биопечати, при котором биочернила наносятся на подложку с помощью форсунки). Однако использование полноценных тканевых сфероидов в качестве миниатюрных строительных блоков позволяет достичь большей плотности клеток, сопоставимой с плотностью нативных тканей, и сократить время на «дозревание» конструкций. Мы первые, кто проанализировал влияние дизайна и взаимного расположения клеточных компонентов на архитектуру моделей после их созревания, — рассказал инженер научного проекта научно-образовательной лаборатории тканевой инженерии и регенеративной медицины НИТУ МИСИС Максим Луговой.
Дальнейшая работа поможет ученым создать более реалистичные модели для скрининга противоопухолевой активности различных веществ. В будущем специалисты планируют усложнить решение — добавить сосудистые системы и иммунные клетки.
— Технология выглядит интересной: в последнее время всё сложнее становятся механизмы действия лекарственных препаратов и всё сложнее подбирать модели для их экспериментального изучения. Вместе с тем модели для доклинических исследований должны быть максимально технически простыми, недорогими и легко воспроизводимыми. А печать при помощи тканевых сфероидов довольно сложна, и может быть трудно внедрить в рутинную практику создания новых препаратов, — сказал заведующий кафедрой биохимии им. академика Т.Т. Березова РУДН Вадим Покровский.
Инженер НИТУ МИСИС Максим Луговой
С тем, что технология перспективна, согласен и заведующий лабораторией анализа показателей здоровья населения МФТИ Станислав Отставнов. Однако ничего революционного он в ней не видит.
— По сути, ученые лишь некоторым образом ее модифицировали, усложнили, сделали чуть «ближе» к жизни. Такое совершенствование моделей неизбежно, и их развитие — только вопрос времени. Интуитивно кажется, что эта работа позволит ускорять доклинические исследования и уменьшит необходимость в исследованиях на животных, однако ничего сверхнового ученые не предложили, просто еще один шаг на большом пути, — сказал он.
Когда модель усложнится и у нее появятся различные клетки, в первую очередь сосудистые, об этом можно будет уже говорить как о значимом достижении, добавил эксперт.
