Opracowywane przez nich rozwiązanie, nazwane WellBioprints, pozwala tworzyć tysiące mikroskopijnych struktur zawierających żywe ludzkie komórki. Każdą z nich można poddać działaniu innego leku, a następnie obserwować ich reakcję na leczenie. Celem jest opracowanie metody, która pozwoli w krótkim czasie porównywać skuteczność wielu terapii, również na materiale pobranym bezpośrednio od konkretnego chorego.

Jak wyjaśnili badacze w przesłanym PAP komunikacie, jednym z problemów współczesnej onkologii jest to, że leki, które w warunkach laboratoryjnych miały odpowiednią skuteczność, u prawdziwych pacjentów nie zawsze przynoszą oczekiwane rezultaty. Wynika to z ograniczeń modeli badawczych - nowotwór nie jest bowiem wyłącznie skupiskiem nieprawidłowych komórek. W organizmie, w przeciwieństwie do prostych hodowli na szalce, otacza go środowisko złożone z innych komórek i struktur, które mogą wpływać na rozwój choroby i chronić guz przed działaniem leków.

- Możemy mieć związek, który świetnie niszczy pojedynczą komórkę nowotworową, ale u pacjenta sytuacja jest znacznie bardziej skomplikowana. Guz tworzy własne środowisko, korzysta z otaczających go komórek, niejednokrotnie je „przeprogramowując” tak, aby chroniły go przed terapią. Jeśli model laboratoryjny tego nie odtwarza, łatwo przecenić skuteczność potencjalnego leku - wytłumaczył cytowany w komunikacie dr hab. Jan Guzowski, kierownik zespołu badawczego.

Podstawą WellBioprints są mikroskopijne krople o średnicy ok. 200 mikrometrów, czyli 0,2 milimetra. W każdej z nich naukowcy umieszczają żywe komórki oraz specjalny biomateriał przypominający żel. W odpowiednich warunkach komórki zaczynają się organizować i współpracować, tworząc miniaturowe struktury, które odtwarzają wybrane właściwości ludzkich tkanek.

Każda kropla pełni funkcję osobnego, mikroskopijnego naczynia laboratoryjnego - mikrobioreaktora - w którym można przeprowadzić niezależny eksperyment.

Badacze opracowali również sposób umieszczania kropli w określonych miejscach na przezroczystym podłożu. Jak wytłumaczyli, gdyby zostawić je swobodnie pływające w cieczy, szybko wymieszałyby się ze sobą i po pewnym czasie nie byłoby wiadomo, która została poddana jakiemu eksperymentowi. Dzięki odpowiedniemu unieruchomieniu pozostają odrębne i można przez wiele dni obserwować pod mikroskopem, jak znajdujące się w nich komórki reagują na podawane substancje.

Jednym z głównych celów projektu jest wykorzystanie tej metody w medycynie spersonalizowanej. Pacjenci z tym samym rodzajem nowotworu mogą bowiem bardzo różnie reagować na identyczne leczenie. Wynika to m.in. z biologicznych i genetycznych różnic między guzami.

WellBioprints ma w przyszłości umożliwiać tworzenie tysięcy miniaturowych modeli guza z komórek pobranych od konkretnej osoby podczas biopsji, a następnie jednoczesne testowanie na nich dziesiątek lub setek leków i ich kombinacji.

- Lekarz często musi wybrać kolejną terapię, mając w praktyce bardzo ograniczoną wiedzę na temat możliwej reakcji danego pacjenta na konkretny lek lub kombinację kilku leków. W odpowiedzi na ten problem chcielibyśmy doprowadzić do sytuacji, w której z komórek pacjenta można stworzyć kompletny panel lekowy i sprawdzić, który wariant leczenia daje najlepszy efekt terapeutyczny. Zamiast zgadywać wyłącznie na podstawie statystyk klinicznych, można byłoby bezpośrednio sprawdzić reakcje komórek konkretnego pacjenta - zaznaczył dr Guzowski.

Naukowcy chcieliby, aby cały proces zajmował około tygodnia. To znacznie krótszy czas niż w przypadku niektórych eksperymentalnych metod, w których komórki nowotworowe pobrane od chorego wszczepia się zwierzętom, a następnie bada działanie leków, co trwa miesiącami. W przypadku zaawansowanej choroby wynik często uzyskuje się zbyt późno.

Opracowywane w IChF PAN rozwiązanie może również znaleźć zastosowanie na wcześniejszym etapie, czyli w badaniach nad nowymi lekami. Chodzi tu zwłaszcza o immunoterapie, które wykorzystują układ odpornościowy do zwalczania nowotworów. Jego reakcje u pacjentów nie zawsze można bowiem dobrze przewidzieć na podstawie doświadczeń na zwierzętach.

W tym celu zespół planuje tworzyć modele zawierające ludzkie komórki odpornościowe. Pozwoliłoby to badać nie tylko skuteczność potencjalnych terapii, ale również ryzyko wystąpienia niepożądanych reakcji.

- Nie zakładamy, że z dnia na dzień wszystkie badania na zwierzętach staną się niepotrzebne. Możemy jednak stopniowo ograniczać ich wykorzystanie tam, gdzie wiemy, że model zwierzęcy jest mało miarodajny - podkreślił naukowiec.

Reakcje miniaturowych guzów na leczenie można oceniać na różne sposoby. Najprostszym jest obserwowanie, czy rosną, czy zmniejszają się pod wpływem podanego leku. Oprócz tego badacze wykorzystują mikroskopię fluorescencyjną oraz analizują obecność określonych białek i aktywność komórek.

W przyszłości chcą również badać aktywność poszczególnych genów. Pozwoliłoby to dokładniej ustalić, jakie procesy zachodzą w komórkach pod wpływem terapii i dlaczego niektóre leki działają u jednych pacjentów, a u innych są nieskuteczne.

Technologia WellBioprints jest rozwijana w ramach programu PRIME Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, finansowanego z Funduszy Europejskich dla Nowoczesnej Gospodarki (FENG). Oprócz dr. Guzowskiego w projekcie uczestniczą dr Ronald Terrazas Mallea oraz dr Kenji Shoji Sanchez.

Katarzyna Czechowicz (PAP)

kap/ agt/