Aby osiągać dalsze postępy w walce z nowotworami, naukowcy potrzebują coraz bardziej realistycznych i wyrafinowanych modeli ich rozwoju. Dotychczas wykorzystywano modele zwierzęce oraz uproszczone metody hodowli komórkowej. Były przydatne, ale nie wystarczały, aby uchwycić złożone wzajemne oddziaływania czynników zaangażowanych w rozwój nowotworu. Nie pozwalały na to dotychczas nawet organoidy, czyli wyhodowane w laboratorium miniaturowe wersje narządów. Ani architektura tkanek, ani zachowania komórek nie są w ich przypadku dokładnie takie, jak w prawdziwych nowotworach.

By zrozumieć złożone procesy powstawania i rozwoju nowotworów oraz ich reakcje na leczenie, potrzebne są modele precyzyjnie naśladujące złożoność choroby. Taki właśnie model (https://www.nature.com/articles/s41586-024-07330-2), pozwalający badać raka jelita grubego opracowali Luis Francisco Lorenzo Martín, Tania Hübscher i inni członkowie grupy Matthiasa Lütolfa z francuskiej Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL), przy wsparciu grupy Freddy'ego Radtke (również EPFL) i współpracowników z Institute of Human Biology, Roche Innovation Center Basel w Szwajcarii.

Naukowcy połączyli techniki mikroprodukcji (czyli wytwarzania mikroskopijnych struktur) oraz inżynierii tkankowej, aby z dużą dokładnością odtworzyć tkanki okrężnicy i z ich pomocą symulować proces powstawania nowotworów poza organizmem.

Powstałe miniatury jelita grubego (mini-okrężnice, microcolons) nie tylko odwzorowują fizyczną strukturę tkanki okrężnicy, ale także różnorodność komórkową rzeczywistej tkanki okrężnicy w stanach zdrowia i choroby. Rozwój nowotworów można w nich pobudzać wedle potrzeby, w konkretnie wybranych obszarach. Jest to możliwe dzięki indukowalnym genom onkogennym. Użyta do tego technika optogenetyki wykorzystuje niebieskie światło do kontrolowania procesów biologicznych, takich jak ekspresja genów.

Autorzy poddali komórki miniaturowych okrężnic kontrolowanym mutacjom onkogennym, co pozwoliło śledzić ewolucję nowotworu z niespotykanymi dotąd szczegółami i uzyskać ukierunkowane zmiany w określonych populacjach komórek mini-okrężnicy. Taka sytuacja dobrze odzwierciedla początkowe stadium raka jelita grubego w organizmie.

„Zasadniczo wykorzystaliśmy światło do wywołania nowotworzenia poprzez włączenie mutacji czynników onkogennych w kontrolowany czasowo sposób w zdrowych, bioinżynieryjnych mini-organoidach nabłonka okrężnicy – wskazał Matthias Lütolf, który jest także założycielem i dyrektorem Institute of Human Biology. - Pozwala to obserwować powstawanie nowotworu w czasie rzeczywistym i przeprowadzać szczegółowe analizy procesu, który byłby bardzo trudny do zbadania na przykładzie myszy”.

Możliwość wywoływania za pomocą światła zmian genetycznych w miniaturowych okrężnicach nie tylko pozwala na bardziej kontrolowaną i precyzyjną aktywację onkogenów, ale także zapewnia potężne narzędzie do badania dynamicznych procesów rozwoju nowotworu i odpowiedzi komórkowej na te mutacje w rzeczywistych warunkach.

Manipulując warunkami genetycznymi i środowiskowymi, badacze byli także w stanie odtworzyć i zaobserwować szereg zachowań nowotworu w mini-okrężnicy, a nawet zidentyfikowali kluczowe czynniki wpływające na progresję nowotworu – na przykład białko GPX2. Możliwa będzie także ocena skuteczności potencjalnych terapii, zwłaszcza w przypadku zastosowania tkanek pochodzących od konkretnych pacjentów.(PAP)

Paweł Wernicki

pmw/ bar/