Οι μηχανικοί του MIT, σε συνεργασία με επιστήμονες στο Cancer Research UK Manchester Institute, ανέπτυξαν έναν νέο τρόπο ανάπτυξης μικροσκοπικών αντιγράφων του παγκρέατος, χρησιμοποιώντας είτε υγιή είτε καρκινικά κύτταρα του παγκρέατος. Τα νέα τους μοντέλα θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους ερευνητές να αναπτύξουν και να δοκιμάσουν πιθανά φάρμακα για τον καρκίνο του παγκρέατος, ο οποίος είναι σήμερα ένας από τους πιο δύσκολους τύπους καρκίνου για θεραπεία.
Χρησιμοποιώντας ένα εξειδικευμένο τζελ που μιμείται το εξωκυτταρικό περιβάλλον που περιβάλλει το πάγκρεας, οι ερευνητές μπόρεσαν να αναπτύξουν παγκρεατικά «οργανοειδή», επιτρέποντάς τους να μελετήσουν τις σημαντικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ παγκρεατικών όγκων και του περιβάλλοντός τους. Σε αντίθεση με μερικά από τα πηκτώματα που χρησιμοποιούνται τώρα για την ανάπτυξη ιστών, το νέο τζελ MIT είναι εντελώς συνθετικό, εύκολο στη συναρμολόγηση και μπορεί να παραχθεί με σταθερή σύνθεση κάθε φορά.
“Το ζήτημα της αναπαραγωγιμότητας είναι ένα μείζον ζήτημα”, λέει η Linda Griffith, καθηγήτρια Σχολής Μηχανικών Διδασκαλίας Καινοτομίας και καθηγήτρια βιολογικής μηχανικής και μηχανολογίας. “Η ερευνητική κοινότητα έψαχνε τρόπους για να κάνει πιο μεθοδικές καλλιέργειες αυτών των ειδών οργανοειδών, και κυρίως για τον έλεγχο του μικρο-περιβάλλοντος.”
Οι ερευνητές έχουν επίσης δείξει ότι το νέο τους τζελ μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη άλλων τύπων ιστών, συμπεριλαμβανομένου του εντερικού και του ενδομητρικού ιστού.
Ο Griffith και ο Claus Jorgensen, επικεφαλής ομάδας στο Ινστιτούτο Cancer Research UK Manchester, είναι οι ανώτεροι συγγραφείς της εργασίας, η οποία εμφανίζεται σήμερα στο Nature Materials. Ο κύριος συγγραφέας είναι ο Christopher Below, πρώην μεταπτυχιακός φοιτητής στο Cancer Research UK Manchester Institute.
Η διαδικασία της μίμησης
Παραδοσιακά, τα εργαστήρια έχουν χρησιμοποιήσει στο εμπόριο τζελ που προέρχεται από ιστό για την ανάπτυξη οργανοειδών σε ένα πιάτο εργαστηρίου. Ωστόσο, καθώς το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο εμπορικό τζελ είναι ένα πολύπλοκο μείγμα πρωτεϊνών, πρωτεογλυκανών και αυξητικών παραγόντων που προέρχονται από έναν όγκο που αναπτύσσεται σε ποντίκια, είναι μεταβλητό από παρτίδα σε παρτίδα και έχει ανεπιθύμητα συστατικά, λέει ο Griffith. Επίσης, δεν επιτρέπει πάντα την ανάπτυξη πολλών τύπων κυττάρων. Πριν από περίπου 10 χρόνια, το εργαστήριο του Griffith άρχισε να σχεδιάζει ένα συνθετικό τζελ που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη επιθηλιακών κυττάρων, τα οποία σχηματίζουν τα φύλλα που ευθυγραμμίζουν τα περισσότερα όργανα, μαζί με άλλα υποστηρικτικά κύτταρα.
Το τζελ που ανέπτυξαν βασίζεται σε πολυαιθυλενογλυκόλη (PEG), ένα πολυμερές που χρησιμοποιείται συχνά για ιατρικές εφαρμογές επειδή δεν αλληλεπιδρά με τα ζωντανά κύτταρα. Μελετώντας τις βιοχημικές και βιοφυσικές ιδιότητες της εξωκυττάριας μήτρας, που περιβάλλει τα όργανα του σώματος, οι ερευνητές μπόρεσαν να εντοπίσουν χαρακτηριστικά που θα μπορούσαν να ενσωματώσουν στο πήκτωμα PEG για να βοηθήσουν τα κύτταρα να αναπτυχθούν σε αυτό.
Ένα βασικό χαρακτηριστικό είναι η παρουσία μορίων που ονομάζονται πεπτιδικοί υποκαταστάτες, τα οποία αλληλεπιδρούν με τις πρωτεΐνες της κυτταρικής επιφάνειας που ονομάζονται ιντεγκρίνες. Η κολλώδης δέσμευση μεταξύ συνδετών και ιντεγκρινών επιτρέπει στα κύτταρα να προσκολληθούν στο πήκτωμα και να σχηματίσουν οργανοειδή. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η ενσωμάτωση μικρών συνθετικών πεπτιδίων που προέρχονται από ινονεκτίνη και κολλαγόνο στις γέλες τους τους επέτρεψε να αναπτύξουν μια ποικιλία επιθηλιακών ιστών, συμπεριλαμβανομένου του εντερικού ιστού. Έδειξαν ότι υποστηρικτικά κύτταρα που ονομάζονται στρωματικά κύτταρα, μαζί με τα κύτταρα του ανοσοποιητικού, μπορούν επίσης να ευδοκιμήσουν σε αυτό το περιβάλλον.
Τι μας επιφυλάσσει αυτό το βήμα;
Στη νέα μελέτη, οι Griffith και Jorgensen ήθελαν να δουν αν το τζελ θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για να υποστηρίξει την ανάπτυξη φυσιολογικών παγκρεατικών οργανοειδών και παγκρεατικών όγκων. Παραδοσιακά, ήταν δύσκολο να αναπτυχθεί ο παγκρεατικός ιστός με τρόπο που να αντιγράφει τόσο τα καρκινικά κύτταρα όσο και το υποστηρικτικό περιβάλλον, επειδή μόλις αφαιρεθούν τα κύτταρα όγκου του παγκρέατος από το σώμα, χάνουν τα διακριτικά καρκινικά χαρακτηριστικά τους.
Το εργαστήριο του Griffith ανέπτυξε ένα πρωτόκολλο για την παραγωγή του νέου τζελ και στη συνέχεια συνεργάστηκε με το εργαστήριο του Jorgensen, το οποίο μελετά τη βιολογία του καρκίνου του παγκρέατος, για να το δοκιμάσει. Ο Jorgensen και οι μαθητές του μπόρεσαν να παράγουν το τζελ και να το χρησιμοποιούν για την ανάπτυξη παγκρεατικών οργανοειδών, χρησιμοποιώντας υγιή ή καρκινικά παγκρεατικά κύτταρα που προέρχονται από ποντίκια.
“Πήραμε το πρωτόκολλο από τη Linda και πήραμε τα αντιδραστήρια και στη συνέχεια λειτούργησε”, λέει ο Jorgensen. “Νομίζω ότι μιλάει για το πόσο ισχυρό είναι το σύστημα και πόσο εύκολο είναι να εφαρμοστεί στο εργαστήριο.”
Άλλες προσεγγίσεις που είχαν δοκιμάσει ήταν πολύ περίπλοκες ή δεν ανακεφαλαιώνουν το μικροπεριβάλλον που παρατηρείται στους ζωντανούς ιστούς, λέει. Χρησιμοποιώντας αυτό το τζελ, το εργαστήριο του Jorgensen μπόρεσε να συγκρίνει τα παγκρεατικά οργανοειδή με ιστούς που έχουν μελετήσει σε ζωντανά ποντίκια και διαπίστωσαν ότι τα οργανοειδή του όγκου εκφράζουν πολλές από τις ίδιες ιντεγκρίνες που παρατηρούνται στους όγκους του παγκρέατος. Επιπλέον, άλλοι τύποι κυττάρων που κανονικά περιβάλλουν τους όγκους, συμπεριλαμβανομένων των μακροφάγων (ένας τύπος ανοσοκυττάρων) και των ινοβλαστών (ένας τύπος υποστηρικτικών κυττάρων), ήταν επίσης σε θέση να αναπτυχθούν στο μικροπεριβάλλον.
Add Comment