Los organoides tumorales bioimpresos y la combinación de imágenes avanzadas podrían habilitar la medicina personalizada

Crédito: Foto del Instituto Nacional del Cáncer en Unsplash

Científicos del Centro Oncológico Integral Jonsson de la UCLA han desarrollado un nuevo método para bioimprimir organoides tumorales en miniatura que están diseñados para imitar la función y la arquitectura de los tumores reales. El proceso mejorado permite a los investigadores utilizar un método de imagen avanzado para estudiar y analizar organoides individuales con gran detalle, lo que podría ayudar a identificar tratamientos personalizados para personas con cánceres raros o difíciles de tratar.

El equipo de investigación, encabezado por Alice Soragni, PhD, profesora asistente en el departamento de Cirugía Ortopédica de la Facultad de Medicina David Geffen de la UCLA y miembro del Centro Oncológico Integral Jonsson de la UCLA, informó sobre sus avances en Nature Communications, en un artículo titulado "Detección de drogas con resolución de un solo organoide a través de bioimpresión e interferometría".

La detección de drogas de alto rendimiento es un enfoque establecido para investigar la biología del tumor e identificar pistas terapéuticas, escribieron los autores. Las plataformas tradicionales utilizan cultivos bidimensionales, pero estos no reflejan con precisión la biología de los tumores humanos, señalaron los autores. Por el contrario, "los organoides tumorales tridimensionales (3D) son modelos prometedores para la medicina de precisión que se pueden establecer de forma rápida y eficaz a partir de una variedad de líneas celulares y fuentes de tejidos, e imitar con precisión la respuesta de un paciente a la terapia", anotó el equipo.

Estos tumores miniaturizados, llamados organoides, se pueden cultivar en un laboratorio utilizando líneas celulares o células de los propios pacientes para comprender mejor la biología y las enfermedades humanas. Al recrear los tumores de los pacientes, los investigadores pueden probar diferentes medicamentos para ver si el tumor responderá bien o mal al tratamiento. Esto puede facilitar que los médicos elijan la mejor terapia para sus pacientes.

"Los organoides tumorales se han convertido en herramientas fundamentales para investigar la biología tumoral y resaltar las sensibilidades a los medicamentos de pacientes individuales", explicó Soragni. "Sin embargo, todavía necesitamos mejores formas de anticipar si podría surgir resistencia en una pequeña población de células, que es posible que no detectemos utilizando enfoques de detección convencionales. Esto es realmente importante, particularmente porque las predicciones de fármacos basadas en organoides están comenzando a aprovecharse clínicamente ."

Si bien estos mini tumores han ayudado a mejorar el modelado de fármacos y se están convirtiendo en herramientas invaluables para probar la eficacia y seguridad de fármacos potenciales, aún es un desafío para los modelos actuales capturar la heterogeneidad subyacente del tumor que a menudo impulsa la resistencia a la terapia observada clínicamente. "... incluso estos sistemas modelo clínicamente más relevantes, como los organoides tumorales tridimensionales, pueden ser difíciles de escalar y evaluar", señalaron los autores. Una de las principales limitaciones de este enfoque es que los métodos actuales no capturan los cambios o las diferencias dentro de las muestras de organoides que pueden ser responsables de la resistencia a la terapia que se observa en entornos clínicos.

Para superar estos desafíos, el equipo de investigadores creó un método que utiliza una técnica de bioimpresión para imprimir células en una capa delgada de proteínas extracelulares de soporte para dar lugar a minitumores 3D sin alterar la histología del tejido y las expresiones génicas. "La bioimpresión, una técnica para la deposición precisa y reproducible de células en biotintas sobre soportes sólidos, está ganando terreno rápidamente en la biología del cáncer", señalaron Soragni y sus colegas.

El equipo combinó sus células bioimpresas con interferometría de células vivas de alta velocidad (HSLCI), un sistema de imágenes que ofrece un enfoque no destructivo utilizado para observar y medir el peso de las células vivas en tiempo real. "HSLCI permite el seguimiento no invasivo y sin etiquetas de varias características de los organoides bioimpresos a lo largo del tiempo, incluido el tamaño, la motilidad y la densidad de masa con una resolución de un solo organoide", explicaron los investigadores. Luego, estos métodos se combinaron con algoritmos de aprendizaje automático para analizar y medir organoides individuales.

"Al usar este método, podemos medir con precisión las masas de miles de organoides simultáneamente", explicó Michael Teitell, MD, PhD, director del Centro Oncológico Integral Jonsson de la UCLA y coautor principal del estudio. "Esta información ayuda a identificar qué organoides son sensibles o resistentes a terapias específicas, lo que puede usarse para seleccionar rápidamente las opciones de tratamiento más efectivas para los pacientes".

Con la nueva combinación de métodos, los investigadores confirmaron que podían medir los patrones de crecimiento de las células tumorales bioimpresas a lo largo del tiempo para ver cómo respondían las células a diferentes fármacos o tratamientos. "Usando líneas celulares como modelo para el crecimiento de células tumorales en 3D, demostramos que las células bioimpresas depositadas en capas uniformes y planas de matriz extracelular permiten una cuantificación no destructiva, resuelta en el tiempo y sin etiquetas de los patrones de crecimiento y las respuestas a los fármacos con una sola resolución de organoide ”, señalaron. Teitell señaló además: "Las mediciones se realizaron de una manera que no dañó ni destruyó los organoides, lo que permitió un análisis no invasivo de su crecimiento y las respuestas a los medicamentos".

Los investigadores pudieron identificar un efecto de ciertos medicamentos en las células tan pronto como seis horas después de agregar las terapias. El equipo también identificó pequeños grupos de células que no respondieron a los medicamentos, incluso dentro de muestras de líneas celulares muy homogéneas que consistían principalmente en células que respondían al tratamiento.

"Las limitaciones clave para la adopción generalizada de la medicina de precisión funcional han sido la creación de modelos de cultivo fisiológico, el desarrollo de sistemas de alto rendimiento y la dificultad para medir la heterogeneidad de los organoides", afirmaron los investigadores. "Nuestra tubería supera cada una de estas barreras al incorporar un sólido protocolo de bioimpresión de organoide 3D y un enfoque de imágenes que facilita el análisis de respuesta al tratamiento de un solo organoide". Los investigadores aprovecharán el nuevo enfoque para descubrir nuevas vías terapéuticas y mecanismos de resistencia para, finalmente, desarrollar estrategias de tratamiento personalizadas. Soragni agregó: "Esta nueva tubería ha mejorado la calidad y la profundidad de la información que podemos obtener de la detección de fármacos de modelos 3D de enfermedades. Ahora estamos aplicando el mismo enfoque a los organoides establecidos a partir de cánceres raros y difíciles de tratar".

Los autores concluyeron: "La combinación de rendimiento, resolución de tiempo y número de organoides muestreados junto con nuestro breve marco de tiempo experimental desde la siembra hasta los resultados de sensibilidad al fármaco hacen que nuestro método basado en HSLCI sea valioso para la detección de modelos de organoides tumorales para la investigación y, en el futuro , para posibles aplicaciones clínicas... Debido a la capacidad de medir cuantitativamente cambios de masa individuales resueltos en el tiempo en respuesta al tratamiento, es posible identificar y aislar subpoblaciones de células sensibles y resistentes, lo que puede conducir a una toma de decisiones clínicas más informada al seleccionar un enfoque de tratamiento".

Ingrese para dejar un comentario