3D-modell av cancer i levande hjärna kan bistå läkemedelsutveckling
Som ett möjligt alternativ till djurförsök när det kommer till tester av läkemedel så har forskare vid KTH utvecklat en ny metod som de även framgångsrikt testat. Det handlar om en 3D-modell av en levande hjärna med cancer, och är en av de större utmaningarna inom vävnadsteknik.
I det senaste numret av den vetenskapliga tidskriften Advanced Materials rapporterar forskarna om en teknik för att imitera kroppens minsta blodkärl, mikrokärlen. Detta inuti en hydrogel bestående av fiberproteiner som sedan fyllts med levande cancerceller. Tekniken, som forskarna på engelska kallar "cavitation molding", skapar hålrum små nog för celler att omvandlas till blodkärl på en liten skala som är mycket liknande mikrokärl inuti människokroppen.
Studiens huvudförfattare Alessandro Enrico, forskarstuderande på avdelningen för mikro- och nanosystem vid KTH, berättar att tekniken att skapa hålrummen för blodkärlen är ett genombrott inom biomedicinsk forskning. Metoden har potential att användas även för andra typer av mänsklig vävnad utöver cancer.
– Den här studien representerar ett stort steg framåt när det kommer till vävnadsteknik i syfte att testa nya läkemedel, säger Alessandro Enrico.
Vid läkemedelsutveckling idag är enklare 2D-modeller det enda alternativet till djurförsök. Då odlas mänskliga celler inuti platt, tvådimensionell plast. Enligt Alessandro Enrico är plattformen som kallas "lab-on-a-chip” begränsad till i huvudsak tvådimensionella vävnader.
– Tvådimensionella vävnadsmodeller saktar ner läkemedelstestandet och gör det mer kostsamt. Det som är bra med 3D-modeller är att de stämmer överens med mänsklig vävnad som också är tredimensionell.
För att skapa mikrokärl i komplex vävnad som levande hjärncancer behöver för att överleva, börjar forskarna med att "gjuta" den ostrukturerade fiberproteinbaserade hydrogelen innehållandes cancerceller. Därefter har de använt laserbestrålning för att skapa gasbubblor som omorganiserar fibrerna och därmed skapat håligheter och mikrokanaler i hydrogelen. Slutligen pumpar forskarna in endotelceller i håligheterna, det vill säga de celler som täcker blodkärls insida. Därmed har artificiella blodkärl skapats, kärl som storleksmässigt liknar de inuti människan.
– Tillverkningsprocessen skadar inte cellerna, en risk som finns med de tekniker för 3D-bioskrivning som är under tillverkning just nu. Vår 3D-modell efterliknar levande vävnad väldig bra, och har förblivit stabil fysiskt i åtminstone åtta dagar. Detta är viktigt eftersom studier av komplexa, biologiska interaktioner kan ta dagar till veckor att utföra, säger Alessandro Enrico.
Han tillägger att nästa steg i forskningsarbetet är att undersöka hur väl denna metod fungerar med andra hydrogeler än den som forskarna använt. Detta för att kunna jobba vidare med andra typer av vävnader och organ än bara hjärnan.
Forskningen har finansierats av Stiftelsen för strategisk forskning, Vetenskapsråder samt Knut och Alice Wallenbergs stiftelse.
Text: David Callahan