Смертоносную опухоль головного мозга с сосудами напечатали на 3D-принтере

Ученые из Тель-Авивского университета напечатали на 3D-принтере глиобластому в среде, похожей на мозг. Модель даже имеет сосуды, которые снабжают её кровью.

Исследователи заявили, что это наиболее полная репликация опухоли и окружающей её ткани, которая значително продвинет вперёд лечение этого смертельно опасного рака. Это настоящий прорыв, который поможет в разработке новых методов лечения крайне агрессивных опухолей мозга.

Статья об этом достижении была опубликована в издании Science Advances.

Глиобластома считается наиболее частой и наиболее агрессивной из всех опухолей мозга. На нее приходится около половины всех первичных опухолей главного органа человеческого организма.

Глиобластома быстро и агрессивно растет в головном мозге или стволе мозга, почти не поддается лечению и очень часто приводит к летальному исходу.

Самые известные случаи этого заболевания – печальные истории оперного певца Дмитрия Хворостовского, модельера Ива Сен-Лорана, поп-звезды Жанны Фриске и юмориста Михаила Задорнова.

Обнаруживают глиобластому у двух-трех человек на 100 тысяч жителей Европы и Северной Америки. Причем чаще всего врачи находят эту опухоль у пациентов либо случайно (когда обследуют их по другому поводу), либо в довольно развитой стадии заболевания с уже заметно выраженными его симптомами.

Средняя продолжительность жизни пациентов с глиобластомой составляет 14–15 месяцев с момента постановки диагноза.

Процесс лечения глиобластомы очень тяжелый. Врачи борются с опухолью хирургическими путями, с помощью химио- и лучевой терапии.

Лекарства против глиобластомы разрабатывают, экспериментируя с клетками опухоли, взятыми у пациентов и выращенными в лабораторных условиях в плоских чашках Петри. Однако в чашке Петри можно вырастить только клетки самой опухоли, без питающих опухоль сосудов и без веществ, которые мозг производит в ответ на образование клеток глиобластомы.

Соответственно, изучение таких клеток и отработка на них методик лечения не дает важной части необходимых ученым и медикам знаний.

Ранее команда израильских ученых обнаружила белок под названием P-selectin, который вырабатывается, когда клетки глиобластомы сталкиваются с микроглией – клетками центральной нервной системы, которые выполняют иммунные функции.

Клетки микроглии разбираются с микроорганизмами и чужеродными белками, вызывающими болезни. По идее, они должны убивать и клетки злокачественной опухоли. Но, оказалось, что белок P-selectin заставляет микроглию не бороться с клетками глиобластомы, а поддерживать их.

При этом в опухолях, удаленных во время операции, белок P-selectin присутствует, а в культуре клеток той же опухоли, выращенной в чашке Петри, его нет.

"Причина в том, что ткани опухоли, как и все ткани, ведут себя на плоской поверхности совсем иначе, нежели в человеческом теле, – объясняет Ронит Сатчи-Файнаро (Ronit Satchi-Fainaro) из Тель-Авивского университета. – Примерно 90 процентов всех экспериментальных лекарств терпят неудачу на клинической стадии, потому что успех, достигнутый в лаборатории, не воспроизводится на пациентах".

Команда из Тель-Авивского университета попыталась решить эту проблему с помощью "биочернил" из гидрогеля на основе фибриногена и желатина. Этот гидрогель по эластичности и составу похож на ткани мозга.

В него также были добавлены клетки глиобластомы, астроциты и клетки микроглии, собранные во время операции у пациентов.

Модель глиобластомы была напечатана на 3D-принтере в биореакторе и соединена с внеклеточным матриксом, взятым у пациента. Это позволило подключить к опухоли питающие её кровеносные сосуды и таким образом достаточно точно смоделировать взаимодействие опухоли с окружающими тканями мозга.

Ученые не стали печатать опухоль в ее реальном виде и размере. Модели опухоли, хоть и включали все реальные клетки опухоли и ее окружения, были крошечными, меньше ладони.

Таких миниатюрных моделей медикам и ученым нужно много, чтобы протестировать на них самые разные способы уничтожения опухоли и затем выбрать из них самый эффективный.

"Процесс биопечати опухоли [конкретного] пациента заключается в том, что мы идем в операционную, извлекаем ткань из опухоли и распечатываем ее в соответствии с данными МРТ этого пациента, – говорит Сатчи-Файнаро. – Затем у нас есть около двух недель, в течение которых мы можем протестировать различные методы лечения, чтобы оценить их эффективность для этой конкретной опухоли, и получить ответ, какое лечение, по прогнозам, будет наиболее подходящим".

Команда Сатчи-Файнаро проверила свои крошечные модели опухоли на наличие в них белка P-selectin.

Подавляющее образование этого белка вещество (ингибитор P-selectin) ввели в культуры глиобластомы, выращенные в чашках Петри, в 3D-модели опухоли и в глиобластомы в теле лабораторных мышей.

Оказалось, что в чашках Петри после такого вмешательства не произошло никаких изменений (по сравнению с контрольным образцом глиобластомы, не обработанным ингибитором).

В 3D-моделях глиобластомы и внутри тел мышей ингибитор привел к более медленной скорости роста опухоли.

"Если мы возьмем образец ткани [опухоли] пациента вместе с его внеклеточным матриксом, мы сможем напечатать на основе этого образца 100 крошечных 3D-моделей опухоли и протестировать множество различных лекарств в различных комбинациях, чтобы найти оптимальное лечение для этой конкретной опухоли, – разъясняет открывающиеся перспективы Сайчи-Файнаро. – Но, пожалуй, самым захватывающим аспектом является обнаружение новых белков-мишеней и генов в раковых клетках, которые можно использовать для таргетной терапии [в будущем]. Это очень сложная задача, когда опухоль находится внутри мозга пациента".

Ранее мы писали о создании мышиных аватаров, на которых ученые планировали отрабатывать различные методики лечения рака. Также мы рассказывали о создании "цифровых близнецов", которые будут обращаться к врачу за помощью, когда будет нездоровиться тому или иному человеку.

А ещё мы сообщали, как опухоль мозга впервые удалось уменьшить с помощью магнитного поля, и об удивительной вакцине против опухоли мозга, показавшей впечатляющие результаты.

Больше интересных новостей из мира науки и медицины вы найдёте в разделе "Наука" и "Медицина " на медиаплатформе "Смотрим".