Synthetisches Tumorgewebe hilft beim Modellieren der Krebsbiologie

Die Zellen unseres Körpers leben in squishy, ??nassen Lebensräumen mit Formen und Strukturen, die im Labor schwer zu replizieren sind. Nun zeigt eine neue Studie, wie Biologen mit Hilfe von Hydrogelen in der Lage sind, schnell realitätsnahe Gewebemikroumgebungen zu schaffen, um zu untersuchen, wie Tumoren wachsen und sich verhalten.
Das neue Material wird es Biologen ermöglichen zu beobachten, wie Tumorzellen in einer 3D-Mikroumgebung, die fast wie echtes Gewebe ist, wachsen und sich verhalten.

Die Entwicklung ist ein bedeutender Schritt zu einem besseren Verständnis dessen, was bei Krankheiten wie Krebs passiert, wo immer deutlicher wird, dass die Mikroumgebung von Zellen ihre Identität, ihr Schicksal und ihre Funktion beeinflussen kann.

Wissenschaftler und Ingenieure der Universität von Illinois in Urbana-Champaign beschreiben das neue Material und wie sie es als Modell getestet haben, um die Tumorbiologie in der Zeitschrift zu untersuchen Fortgeschrittene Werkstoffe.

Das Team glaubt, dass die synthetische 3D-Mikroumgebung, die sie entwickelt haben, irgendwo zwischen der Kunststoff-Laborplatte und Tiermodellen liegt, die durch Injektion von menschlichen Tumorzellen in Mäuse erzeugt werden.

Für ihre Studie mischten die Forscher Brustkrebszellen und Makrophagen und beobachteten, wie sie sich im Hydrogel im Vergleich zum aktuellen Forschungsstandard ganz anders verhielten: die flache, harte Kunststoffplatte.

Makrophagen sind Zellen des Immunsystems, die normalerweise unerwünschte Materialien wie Zelltrümmer und Bakterien suchen und zerstören. Untersuchungen zur Zellsignalisierung legen nahe, dass sie an der Ausbreitung von Brustkrebs beteiligt sein könnten.

Methode produziert schnell die gewünschte Gewebearchitektur

Der korrespondierende Autor Kristopher Kilian, Professor für Materialwissenschaften und Ingenieurwissenschaften, sagt:

"Dies ist wirklich das erste Mal, dass gezeigt wurde, dass man eine schnelle Methode wie diese verwenden kann, um Krebszellen und Makrophagen räumlich zu definieren. Das ist wichtig, denn sobald man diese Architektur hat, kann man grundlegende biologische Fragen stellen."

Er stellt fest, dass die Fragen von grundlegenden Fragen wie der Signalwirkung der Makrophagen zu den Brustzellen bis hin zu komplexeren Fragen wie der Verwendung von Medikamenten zur Unterbrechung dieser Signalübertragung reichen können.

Das Verfahren kann eine synthetische Umgebung "mit einer einfachen konzentrischen Flussvorrichtung in einem einzigen Schritt" in ungefähr 15 Minuten erzeugen. Die Umgebung ahmt genau die Größen und Formen der Mikroumgebung innerhalb des zu untersuchenden Gewebes nach und bietet eine "Palette von geometrischen Architekturen", bemerken die Autoren.

Das Team glaubt, dass das Tool nicht nur Wissenschaftlern helfen wird, besser zu forschen, sondern es wird auch dazu beitragen, dass Arzneimittelentwickler Arzneimittel wirksamer herstellen und testen.

Das Material ist besser als diejenigen, die derzeit von Medikamentenentwicklern verwendet werden, um zu testen, wie sich ihre Produkte auf Zellen auswirken. Zum Beispiel können sie nicht genau die 3D-Natur von winzigen Netzwerken von Blutgefäßen replizieren, die die Medikamente im Gewebe tragen. Das neue Material des Teams kann Netzformen formen, die je nach Gewebe von gerade bis schlangenartig reichen.

"Die Mikroumgebung hat tatsächlich einen signifikanten Einfluss darauf, wie die Zellen auf ein Medikament reagieren", bemerkt der Erstautor und Doktorand Joshua Grolman. "Diese Unternehmen haben vielleicht das nächste große Medikament, aber sie wissen es vielleicht nicht."

Das Team sieht auch das neue Tool als schnelles Mittel vor, um die beste Behandlung für den Patienten zu erreichen. Prof. Kilian beschreibt ein mögliches Zukunftsszenario:

"Ein Patient geht hinein und stellt fest, dass bei ihnen ein solider Tumor diagnostiziert wurde. Sie nehmen eine Biopsie dieser Zellen, legen sie in dieses Gerät, wachsen sie und sehen, wie sie auf verschiedene Behandlungen reagieren."

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