Cancro-immagine: ricercatore dell’Università di Toronto Amid Shakeri tiene in mano il dispositivo multi-organo su chip. Credito: Amid Shakeri / Università di Ingegneria di Toronto
I ricercatori dell’Università di Toronto hanno creato un nuovo dispositivo multi-organo su chip per studiare perché il cuore sia uno dei siti meno comuni di metastasi tumorali, aprendo nuove opportunità per la ricerca sul cancro e la scoperta di farmaci.
La straordinaria resistenza del cuore al cancro ha a lungo incuriosito gli scienziati e potrebbe contenere importanti indizi per prevenire le metastasi in altri organi. La nuova piattaforma multi-organo su chip permette di studiare questo fenomeno in un ambiente di laboratorio controllato. Utilizzando la piattaforma, il team ha scoperto che le cellule aggressive del cancro al seno invadevano facilmente il tessuto epatico ingegnerizzato, ma mostravano una significativa riduzione dell’invasione del tessuto cardiaco.
La piattaforma, denominata Multi-organ Invasion Device (MInD), collega più tessuti ingegnerizzati all’interno di un unico sistema sottoposto a flusso dinamico di fluidi. Permette ai ricercatori di osservare come le cellule tumorali si muovono tra i diversi ambienti tissutali e come ciascun organo ne influenza il comportamento.
Il team di ricerca ha pubblicato i propri risultati sulla rivista Nature Communications.
“L’obiettivo era creare una piattaforma in grado di catturare le fasi chiave del processo metastatico, consentendoci al contempo di osservare le interazioni tra diversi tessuti in condizioni controllate”, afferma la Prof.ssa Milica Radisic, autrice senior dello studio.
“I modelli attuali presentano importanti limitazioni, sia perché non riescono a riprodurre la complessità dei tessuti umani, sia perché non dispongono di un metodo efficace per collegare i compartimenti degli organi attraverso una circolazione comune. MInD offre un nuovo modo per studiare queste interazioni“.
Collegare i tessuti per studiare la diffusione del cancro
Le metastasi sono responsabili di oltre il 90% dei decessi correlati al cancro, ma i processi biologici che determinano la diffusione delle cellule tumorali rimangono difficili da studiare. Le colture cellulari tradizionali non possiedono la complessità dei tessuti viventi, mentre i modelli animali rendono difficile isolare gli effetti dei singoli organi e dei loro microambienti.
Per affrontare queste sfide, i ricercatori hanno progettato MInD come una piattaforma multi-organo a pozzetto aperto in cui diversi tessuti possono essere coltivati simultaneamente. Il team ha anche sviluppato un nuovo metodo per la produzione di PermeoTubes utilizzando un polimero elastico biodegradabile e tecniche di stampa 3D granulare. I tubi contengono pori interconnessi che favoriscono la migrazione delle cellule tumorali e la comunicazione biochimica tra i tessuti, mantenendo al contempo proprietà meccaniche simili a quelle riscontrate nelle strutture biologiche native.
I ricercatori hanno utilizzato la piattaforma per confrontare due destinazioni molto diverse per le cellule metastatiche del cancro al seno: tessuto cardiaco ingegnerizzato e tessuto epatico, una sede comune di metastasi del cancro al seno. Nei dispositivi contenenti entrambi i tipi di tessuto, le cellule tumorali migravano facilmente verso il fegato, ma mostravano un’invasione significativamente minore nel tessuto cardiaco.La differenza risultava ancora più evidente quando tessuto cardiaco, tessuto epatico e cellule tumorali venivano coltivati insieme nello stesso dispositivo. Le cellule tumorali migravano preferenzialmente verso il compartimento epatico, mentre la presenza di tessuto cardiaco riduceva l’invasione complessiva.
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I risultati hanno dimostrato che la piattaforma è in grado di riprodurre le differenze organo-specifiche nel comportamento metastatico, fornendo al contempo ai ricercatori informazioni dettagliate sui segnali biologici coinvolti. L’analisi delle proteine e dell’espressione genica ha rivelato che il tessuto cardiaco altera i percorsi associati alla metastasi, alle risposte immunitarie e alla migrazione cellulare, sopprimendo la metastasi al cuore.
“Siamo stati in grado di monitorare in tempo reale gli spostamenti delle cellule tumorali e di osservare come i diversi ambienti tissutali influenzassero il loro comportamento a livello molecolare“, afferma Amid Shakeri, primo autore dello studio.
“MIND ci offre un nuovo modo per studiare perché alcuni tessuti resistono alle metastasi mentre altri sono più permissivi, e potrebbe aiutarci a identificare strategie per limitare la diffusione del cancro in altre parti del corpo“.
Oltre alla ricerca sul cancro, il team ritiene che l’approccio di produzione alla base di questo lavoro possa avere applicazioni anche nel più ampio campo degli “organi su chip”, dove i ricercatori cercano di ricreare la fisiologia umana in vitro per testare i farmaci e modellare le malattie.
Fonte: Nature Communications