3D Baskılı Tümör Modelleri Yeni Kanser Tedavilerini Geliştirebilir
20 Ocak 2023 – Bilim adamları kansere karşı mücadelede büyük adımlar attılar. ABD’de bir kişinin kanserden ölme riski, büyük ölçüde kanserin nasıl çalıştığına dair karmaşık ayrıntıları ortaya çıkarmaya ve tedavide ilerleme kaydetmeye devam eden araştırmacılar sayesinde son 20 yılda %27 azaldı.
Şimdi ortaya çıkan 3B biyobaskı teknolojisi – gerçek insan hücrelerini kullanan insan vücudu için 3B baskı gibi – bilim adamlarının hastalardan alınan örnekleri daha iyi temsil eden 3B tümör modelleri geliştirmesini sağlayarak bu araştırmayı hızlandırmayı vaat ediyor.
Harvard Tıp Fakültesi’nde yardımcı doçent ve Brigham and Women’s Hospital’da biyomühendis yardımcısı olan Y. Shrike Zhang, etkinin “çok büyük” olabileceğini söylüyor. “Tümörlerin in vitro modellenmesine izin verebilecek tek teknoloji değil, ama kesinlikle en yetenekli olanlardan biri.”
Bu neden önemli? Çünkü bilim adamlarının şu anda sıklıkla kullandığı 2 boyutlu hücre kültürleri, kanserin nasıl büyüdüğü, yayıldığı ve tedaviye nasıl yanıt verdiğiyle ilgili tüm karmaşıklıkları yakalayamayabilir. Bu kadar az potansiyel yeni kanser ilacının – bir tahmine göre %3,4 – tüm klinik deneyleri geçebilmesinin bir nedeni budur. Sonuçlar, kültür kabından hastaya aktarılmayabilir.
Öte yandan, 3 boyutlu biyo-baskılı bir model, bir tümörün “mikro ortamını” yani tümörü çevreleyen tüm parçaları (hücreler, moleküller, kan damarları) kopyalamada daha iyi olabilir.
Penn State Üniversitesi’nde doktora adayı ve araştırmacı olan Madhuri Dey, “Tümör mikro ortamı, kanserin nasıl ilerlediğini tanımlamada bütünleyici bir rol oynuyor” diyor. “In-vitro 3D modeller, bir [cancer] doğal benzeri bir mikro ortamda bulunduklarında tümörlerin kemo veya immünoterapötik tedavilere nasıl tepki verdiğine ışık tutan mikro ortam.
Dey, meme kanseri tümörlerinin 3 boyutlu biyo-baskıya tabi tutulduğu ve başarılı bir şekilde tedavi edildiği bir çalışmanın (Ulusal Bilim Vakfı tarafından finanse edilen) baş yazarıdır. Dey, önceki bazı 3B kanser hücresi modellerinden farklı olarak, bu modelin mikro ortamı taklit etme konusunda daha iyi bir iş çıkardığını açıklıyor.
Şimdiye kadar, “Kanser modellerinin 3D biyobaskısı, hidrojellerle yüklü bireysel kanser hücrelerinin biyobaskısı ile sınırlıydı” diyor. Ancak o ve meslektaşları, kan damarlarının tümöre göre nerede bulunduğunu kontrol etmelerini sağlayan bir teknik (aspirasyon destekli biyo-baskı adı verilen) geliştirdi. Dey, “Bu model, kanserin bu nüanslarını incelemek için temel oluşturuyor” diyor.
Zhang, (kendisinin dahil olmadığı) Penn State araştırması için “Bu oldukça havalı bir çalışma” diyor. “Vaskülarizasyon her zaman için önemli bir bileşendir. [a] tümör tiplerinin çoğunluğu.” Kan damarlarını içeren bir model, tümör modellerinin kanser araştırmalarında tam potansiyellerine ulaşmalarına yardımcı olmak için “kritik bir niş” sağlar.
Vücudunuz İçin Bir 3D Yazıcı
Muhtemelen 3D baskıyı duymuşsunuzdur ve hatta bir 3D yazıcıya sahip olabilirsiniz (veya sahibi olan birini tanıyor olabilirsiniz). Konsept, normal baskıya benzer, ancak bir 3D yazıcı, kağıda mürekkep püskürtmek yerine, sıfırdan bir nesne oluşturmak için yüzlerce veya binlerce kez plastik veya diğer malzemeleri katmanlar halinde serbest bırakır.
3 boyutlu biyobaskı deri, damarlar, organlar veya kemik gibi biyolojik yapılar oluşturmak için canlı hücrelerden yapılmış katmanlar dışında hemen hemen aynı şekilde çalışır.
Biyobaskı 1988’den beri kullanılmaktadır. Şimdiye kadar, çoğunlukla rejeneratif tıp alanı gibi araştırma ortamlarında kullanılmaktadır. Kulak rekonstrüksiyonu, sinir rejenerasyonu ve cilt rejenerasyonu için araştırmalar devam etmektedir. Teknoloji, son zamanlarda araştırmacıların göz hastalıklarını incelemesine yardımcı olmak için göz dokusu oluşturmak için de kullanıldı.
Dey, teknolojinin kanser araştırmalarında kullanım potansiyelinin henüz tam olarak gerçekleştirilmediğini söylüyor. Ama bu olabilir değişiyor olmak
Zhang, “3D biyobaskılı tümör modellerinin kullanımı, kanser araştırmalarında çevirilere yaklaşıyor” diyor. “Araştırma alanı tarafından giderek daha fazla benimseniyorlar ve [the technology] kanser ilacı geliştirmeye yönelik kullanım için ilaç endüstrisi tarafından araştırılmaya başlandı.”
Zhang, biyobaskı otomatikleştirilebildiğinden, araştırmacıların yüksek kaliteli, karmaşık tümör modelleri oluşturmasına izin verebileceğini söylüyor.
Dey, bu tür 3B modellerin, tümör ilaç testlerinde hayvanların kullanımını değiştirme veya azaltma potansiyeline de sahip olduğunu belirtiyor. “Hayvan fizyolojisi insanlarla eşleşmediğinden, hayvan modellerine kıyasla daha doğru bir ilaç yanıtı sağlamaları bekleniyor.”
bu FDA Modernizasyon Yasası 2.0Zhang, ilaçların insanlardan önce hayvanlarda test edilmesi gerekliliğini ortadan kaldıran yeni bir ABD yasasının “ilaç geliştirme hattında bu tür teknolojilerin yolunu daha da açtığını” söylüyor.
Ya Her Hastaya Özel Bir Tümör Modeli Oluşturabilseydik?
Dey, biyobaskı için olası kullanımların laboratuvarın ötesine geçtiğini söylüyor. Bireysel hastalardan alınan biyopsilere dayalı olarak 3B tümör modellerini özelleştirebildiğimizi hayal edin. Doktorlar, bu hastaya özel modeller üzerinde birçok tedaviyi test edebilir ve böylece her hastanın farklı terapilere nasıl tepki vereceğini daha doğru bir şekilde tahmin edebilir. Bu, doktorların hangi tedavinin en iyi olduğuna karar vermelerine yardımcı olacaktır.
Dey’in çalışmasında, 3D model kemoterapi ve immünoterapi ile tedavi edildi ve her ikisine de yanıt verdi. Dey, bunun, bu tür 3D modellerin vücudun bağışıklık tepkisini ortaya çıkarma ve tedavileri taramak için kullanılma potansiyelini vurguladığını söylüyor.
Dey, “Gelecekte bu tekniğin kanser tedavisi sürecini hızlandıracak şekilde hastanede uyarlanabileceğini umuyoruz” diyor.
Bu amaçla, o ve meslektaşları şimdi hastalardan alınan gerçek meme kanseri tümörleri üzerinde çalışıyorlar ve bunları laboratuvarda kemo ve immünoterapi taraması için 3 boyutlu olarak yeniden yaratıyorlar.
