Los modelos de tumores impresos en 3D podrían promover nuevas terapias contra el cáncer

20 de enero de 2023: los científicos han logrado grandes avances en la lucha contra el cáncer. El riesgo de una persona de morir de cáncer en los Estados Unidos cayó 27% durante las últimas dos décadas, gracias en gran parte a los investigadores que continúan descubriendo los intrincados detalles de cómo funciona el cáncer y avanzan en los tratamientos.

Ahora, la tecnología emergente de bioimpresión 3D, como la impresión 3D para el cuerpo humano, utilizando células humanas reales, promete acelerar esta investigación, al permitir que los científicos desarrollen modelos tumorales 3D que representen mejores muestras de pacientes.

El impacto podría ser «enorme», dice Y. Shrike Zhang, PhD, profesor asistente de medicina en la Escuela de Medicina de Harvard y bioingeniero asociado en Brigham and Women’s Hospital, quien estudia bioimpresión 3D. «No es la única tecnología que puede permitir el modelado de tumores in vitro, pero sin duda es una de las más capaces».

¿Porque es esto importante? Porque Cultivos celulares 2D que los científicos usan a menudo hoy en día pueden no comprender todas las complejidades de cómo el cáncer crece, se propaga y responde al tratamiento. Esta es una de las razones por las que hay tan pocos posibles nuevos medicamentos contra el cáncer: 3,4%, según una estimación – puede pasar todos los ensayos clínicos. Los resultados no pueden transferirse de plato de cultivo al paciente.

Un modelo bioimpreso en 3D, por otro lado, puede ser más efectivo para copiar el «microambiente– todas las partes (células, moléculas, vasos sanguíneos) que rodean un tumor.

«El microambiente del tumor juega un papel fundamental en la definición de la progresión del cáncer», dice Madhouri Dey, candidato a doctorado e investigador de la Universidad de Penn State. “Los modelos 3D in vitro son un intento de reconstruir un [cancer] microambiente, que arroja luz sobre cómo los tumores responden a la quimioterapia o a los tratamientos inmunoterapéuticos cuando están presentes en un microambiente nativo.

Dey es el autor principal de un para estudiar (financiado por la Fundación Nacional de Ciencias) en el que los tumores de cáncer de mama se bioimprimieron en 3D y se trataron con éxito. A diferencia de algunos modelos 3D anteriores de células cancerosas, este modelo hizo un mejor trabajo al imitar ese microambiente, dice Dey.

Hasta ahora, «la bioimpresión 3D de modelos de cáncer se ha limitado a la bioimpresión de células cancerosas individuales cargadas con hidrogeles», dice. Pero ella y sus colegas han desarrollado una técnica (llamada bioimpresión asistida por vacío) que les permite controlar la ubicación de los vasos sanguíneos en relación con el tumor. «Este modelo sienta las bases para estudiar estos tonos de cáncer», dice Dey.

«Es un trabajo muy bueno», dice Zhang sobre el estudio de Penn State (en el que no participó). “La vasculatura es siempre un elemento clave en [a] mayoría de los tipos de tumores. Un modelo que incorpora vasos sanguíneos proporciona un «nicho crítico» para ayudar a los modelos de tumores a alcanzar su máximo potencial en la investigación del cáncer.

Una impresora 3D para tu cuerpo

Lo más probable es que haya oído hablar de la impresión 3D y tenga (o conozca a alguien que tenga) una impresora 3D. El concepto parece una impresión ordinaria, pero en lugar de escupir tinta sobre el papel, una impresora 3D libera capas de plástico u otros materiales, cientos o miles de veces, para crear un objeto del suelo.

tridimensional bioimpresión funciona de la misma manera, excepto que estas capas están formadas por células vivas para crear estructuras biológicas como piel, vasos, órganos o huesos.

Existe la bioimpresión desde 1988. Hasta ahora, se utiliza principalmente en contextos de investigación, como en el campo. medicina regenerativa. Se están realizando investigaciones para la reconstrucción del oído, la regeneración nerviosa y la regeneración de la piel. La tecnología también se ha utilizado recientemente para crear tejido ocular para ayudar a los investigadores a estudiar enfermedades oculares.

El potencial de la tecnología para su uso en la investigación del cáncer aún no se ha realizado por completo, dice Dey. Pero puede estar cambiando

“El uso de modelos de tumores bioimpresos en 3D se está acercando a las traducciones en la investigación del cáncer”, dice Zhang. “Están siendo adoptados cada vez más por el campo de la investigación, y [the technology] comenzó a ser explorado por la industria farmacéutica para su uso en el desarrollo de fármacos contra el cáncer.

Debido a que la bioimpresión se puede automatizar, podría permitir a los investigadores crear modelos de tumores complejos y de alta calidad a gran escala, dice Zhang.

Dichos modelos 3D también tienen el potencial de reemplazar o reducir el uso de animales en las pruebas de fármacos tumorales, señala Dey. «Deberían proporcionar una respuesta farmacológica más precisa en comparación con los modelos animales porque la fisiología animal no coincide con la de los humanos».

Él Ley de modernización de la FDA 2.0una nueva ley de EE. UU. que elimina el requisito de que los medicamentos deben probarse en animales antes de que los humanos “ha allanado el camino para tales tecnologías en la tubería de desarrollo de medicamentos”, dijo Zhang.

¿Y si pudiéramos crear un modelo de tumor personalizado para cada paciente?

Los posibles usos de la bioimpresión van más allá del laboratorio, dice Dey. Imagínese si pudiéramos personalizar modelos de tumores en 3D basados ​​en biopsias de pacientes individuales. Los médicos podrían probar muchos tratamientos en estos modelos específicos de pacientes, lo que les permitiría predecir con mayor precisión cómo respondería cada paciente a diferentes terapias. Esto ayudaría a los médicos a decidir qué tratamiento es mejor.

En el estudio de Dey, el modelo 3D se trató con quimioterapia e inmunoterapia, y respondió a ambas. Esto destaca el potencial de estos modelos 3D para revelar la respuesta inmune del cuerpo y usarse para detectar terapias, dice Dey.

“Esperamos que en el futuro, esta técnica pueda adaptarse al hospital, lo que aceleraría el curso del tratamiento del cáncer”, dice Dey.

Con ese fin, ella y sus colegas ahora están trabajando con tumores de cáncer de mama reales tomados de pacientes, recreándolos en el laboratorio en 3D para usarlos en la evaluación de quimioterapia e inmunoterapia.

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