Los ingenieros del MIT, en colaboración con científicos del Cancer Research UK Manchester Institute, han desarrollado una nueva forma de hacer crecer pequeñas réplicas pancreáticas, utilizando células pancreáticas sanas o cancerosas. Sus nuevos modelos podrían ayudar a los investigadores a desarrollar y probar medicamentos potenciales para el cáncer de páncreas, que actualmente es uno de los tipos de cáncer más difíciles de tratar.
Utilizando un gel especializado que imita el entorno extracelular que rodea al páncreas, los investigadores pudieron cultivar 'organoides' pancreáticos, lo que les permitió estudiar interacciones importantes entre los tumores pancreáticos y su entorno. A diferencia de algunos de los geles que se utilizan ahora para el crecimiento de tejidos, el nuevo gel MIT es totalmente sintético, fácil de ensamblar y se puede producir con una composición uniforme en todo momento.
"El tema de la reproducibilidad es un tema importante", dice Linda Griffith, profesora de innovación educativa en la Escuela de Ingeniería y profesora de ingeniería biológica y mecánica. "La comunidad de investigadores ha estado buscando formas de hacer cultivos más metódicos de este tipo de organoides y, en particular, de controlar el microambiente".
Los investigadores también demostraron que su nuevo gel se puede usar para hacer crecer otros tipos de tejido, incluido el tejido intestinal y endometrial.
Griffith y Claus Jorgensen, líder de grupo del Cancer Research UK Manchester Institute, son los autores principales del artículo, que aparece hoy en Materiales naturales. El autor principal es Christopher Below, un ex estudiante de posgrado del Instituto de Manchester del Reino Unido de Investigación sobre el Cáncer.
Imita el microambiente
Tradicionalmente, los laboratorios han utilizado un gel derivado de tejido disponible comercialmente para cultivar organoides en una placa de laboratorio. Sin embargo, dado que el gel comercial más utilizado es una mezcla compleja de proteínas, proteoglicanos y factores de crecimiento derivados de un tumor desarrollado en ratones, varía de un lote a otro y contiene componentes no deseados, explica Griffith. Esto no siempre permite el crecimiento de varios tipos de células. Hace unos 10 años, el laboratorio de Griffith comenzó a trabajar en el diseño de un gel sintético que podría usarse para hacer crecer las células epiteliales, que forman las hojas que recubren la mayoría de los órganos, así como las células.39, otras células de soporte.
El gel que desarrollaron se basa en polietilenglicol (PEG), un polímero que se usa a menudo para aplicaciones médicas porque no interactúa con las células vivas. Al estudiar las propiedades bioquímicas y biofísicas de la matriz extracelular, que rodea los órganos del cuerpo, los investigadores pudieron identificar características que podrían incorporar al gel PEG para ayudar a que las células crezcan allí.
Una característica clave es la presencia de moléculas llamadas ligandos peptídicos, que interactúan con proteínas de la superficie celular llamadas integrinas. El enlace pegajoso entre ligandos e integrinas permite que las células se adhieran al gel y formen organoides. Los investigadores encontraron que la incorporación de pequeños péptidos sintéticos derivados de fibronectina y colágeno en sus geles les permitió desarrollar una variedad de tejidos epiteliales, incluido el tejido intestinal. Demostraron que las células de apoyo llamadas células estromales, así como las células inmunes, también pueden prosperar en este entorno.
En el nuevo estudio, Griffith y Jorgensen querían ver si el gel también podría usarse para apoyar el crecimiento de organoides pancreáticos normales y tumores pancreáticos. Tradicionalmente, ha sido difícil cultivar tejido pancreático de una manera que reproduzca tanto las células cancerosas como el entorno de apoyo, porque una vez que las células tumorales pancreáticas se eliminan del cuerpo, pierden sus características cancerosas distintivas.
El laboratorio de Griffith desarrolló un protocolo para producir el nuevo gel y luego se asoció con el laboratorio de Jorgensen, que estudia la biología del cáncer de páncreas, para probarlo. Jorgensen y sus estudiantes pudieron producir el gel y usarlo para cultivar organoides pancreáticos, utilizando células pancreáticas sanas o cancerosas derivadas de ratones.
“Obtuvimos el protocolo de Linda y obtuvimos los reactivos, y luego funcionó”, dice Jorgensen. “Creo que eso dice mucho sobre la solidez del sistema y lo fácil que es implementarlo en el laboratorio. "
Otros enfoques que habían probado eran demasiado complicados o no recapitulaban el microambiente visto en los tejidos vivos, dice. Usando este gel, el laboratorio de Jorgensen pudo comparar los organoides pancreáticos con los tejidos que estudiaron en ratones vivos, y encontraron que los organoides tumorales expresan muchas de las mismas integrinas que se ven en los tumores pancreáticos. Además, otros tipos de células que normalmente rodean a los tumores, incluidos los macrófagos (un tipo de célula inmunitaria) y los fibroblastos (un tipo de célula de soporte), también pueden haber crecido en el microambiente.
Células derivadas de pacientes
Los investigadores también demostraron que pueden usar su gel para producir organoides a partir de células cancerosas en el páncreas de los pacientes. Creen que también podría ser útil para estudiar cánceres de pulmón, colorrectal y otros. Dichos sistemas podrían usarse para analizar cómo los posibles medicamentos contra el cáncer afectan a los tumores y su microambiente.
"Los hallazgos descritos en este artículo facilitarán otras preguntas importantes con respecto a las respuestas a los nuevos enfoques de tratamiento farmacológico", dice Hilary Critchley, profesora de medicina reproductiva y codirectora adjunta del MRC Center for Reproductive Health en MRC; University of Edinburgh, que no participó en el estudio. "El campo del cáncer se ha basado durante mucho tiempo en otros enfoques (modelos de ratón o estudios de células aisladas), y la contribución del enfoque organoide, y en particular la estructura de gel en la que crecen estos minigrupos de células, será esencial para el avance de investigar. "
Griffith también planea usar el gel para cultivar y estudiar tejido de pacientes con endometriosis, una enfermedad que hace que el tejido que recubre el útero crezca fuera del útero.39; útero. Esto puede provocar dolor y, a veces, infertilidad.
Una de las ventajas del nuevo gel es que es completamente sintético y se puede fabricar fácilmente en el laboratorio mezclando precursores específicos, incluido el PEG y ciertos polipéptidos. Los investigadores solicitaron una patente sobre la tecnología y están en proceso de otorgarla a una empresa que podría producir el gel comercialmente.
La investigación fue financiada por Cancer Research UK, Rosetrees Trust, un premio Consolidator del Consejo Europeo de Investigación, la National Science Foundation, los Institutos Nacionales de Salud y la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa.