Glioblastoma-immagine: analisi multi-omica spaziale ortogonale su un organoide di glioblastoma coltivato nello spazio a lungo termine, mediante proteomica, trascrittomica e imaging di specie chimiche. (A sinistra: immunofluorescenza multiplex rappresentativa; al centro: trascrittomica spaziale, livelli di espressione genica rappresentativi; a destra: imaging chimico FTIR spaziale). Crediti: TIME Lab del Dr. Datta.
Il glioblastoma (GBM) è il tumore cerebrale primario maligno più comune negli adulti ed è una delle forme di cancro più aggressive e letali. Per i chirurghi è difficile rimuovere completamente il GBM perché spesso presenta “tentacoli” microscopici che si estendono dal tumore al tessuto cerebrale sano. Il GBM è inoltre difficile da trattare perché crea un microambiente immunosoppressivo che aiuta il tumore a eludere l’attacco del sistema immunitario e a resistere alla terapia.
Per migliorare le terapie, gli scienziati devono comprendere meglio i meccanismi coinvolti in questa complessa malattia, ma riprodurre accuratamente il glioblastoma multiforme (GBM) in laboratorio rimane una sfida. Persino modelli sofisticati, chiamati organoidi, progettati per imitare la struttura e la biologia dei tumori umani, non riescono a riprodurre completamente le caratteristiche chiave del GBM in stadio avanzato. Quando si coltivano le cellule sulla Terra, la gravità le fa depositare, creando condizioni che possono interferire con la formazione di complesse strutture tridimensionali. Per questo motivo, un team di ricercatori dell’Università di Notre Dame, guidato da Meenal Datta, ha portato la propria ricerca nello spazio.
Sfruttando il Laboratorio Nazionale della Stazione Spaziale Internazionale (ISS), il team ha coltivato organoidi tridimensionali a partire da cellule di glioblastoma multiforme (GBM) e cellule del sistema immunitario innato, che riproducono in modo più fedele la struttura e il comportamento dei tumori GBM rispetto agli organoidi coltivati sulla Terra. In microgravità, le cellule possono assemblarsi in strutture 3D con minori interferenze dovute alla sedimentazione, consentendo ai ricercatori di ricreare meglio l’architettura tumorale e le interazioni cellulari osservate nella patologia umana. I risultati, recentemente pubblicati su PNAS, suggeriscono che gli organoidi coltivati nello spazio potrebbero fornire modelli di GBM più realistici per lo studio della progressione del cancro e la sperimentazione di nuove terapie.
Nell’ambito della ricerca, avviata nel 2024 con il supporto di Space Tango, fornitore di servizi commerciali per l’ISS National Lab, il team di Notre Dame ha coltivato organoidi immunitari di glioblastoma multiforme (GBM) nello spazio per 40 giorni prima di riportarli sulla Terra per l’analisi. I ricercatori hanno scoperto che negli organoidi coltivati nello spazio, i geni correlati all’infiammazione, alle risposte immunitarie, al rimodellamento tissutale e alla formazione di vasi sanguigni erano più attivi e i livelli di proteine associate a una biologia del GBM più aggressiva erano più elevati. Inoltre, gli organoidi coltivati nello spazio mostravano un microambiente tumorale più immunosoppressivo, una caratteristica distintiva del GBM in stadio avanzato che aiuta i tumori a resistere alle difese immunitarie dell’organismo.
Datta ha affermato che lo studio ha anche prodotto il primo set completo di dati multiomici da organoidi coltivati nello spazio, fornendo informazioni sull’attività genica, sull’espressione proteica e su come le cellule interagiscono e sono organizzate all’interno del tessuto.
“Coltivando organoidi di glioblastoma multiforme (GBM) sulla ISS, abbiamo dimostrato che la microgravità alimenta un fenotipo modello che riproduce i tumori umani in modo più efficace e rapido rispetto a quanto riusciamo a fare sulla Terra. Questo lavoro contribuisce a gettare le basi per una nuova era dell’oncologia orbitale, che sposta la ricerca sul cancro dal letto del paziente all’orbita e viceversa“, ha affermato Datta, Professore di ingegneria aerospaziale e meccanica presso l’Università di Notre Dame, titolare della cattedra Jane Schoelch DeFlorio.
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Per approfondire questi risultati, Datta e il suo team hanno avviato due ulteriori studi sulla ISS utilizzando organoidi immunitari derivati da pazienti affetti da glioblastoma multiforme (GBM), il più recente dei quali ha volato a bordo della missione SpaceX CRS-35 per la NASA. Fornendo modelli che riproducono in modo più completo la complessa architettura e biologia dei tumori in stadio avanzato, gli organoidi coltivati nello spazio potrebbero aiutare i ricercatori a comprendere meglio la progressione del GBM e ad accelerare lo sviluppo di nuove terapie per i pazienti sulla Terra.
“Datta e il suo team del Laboratorio di Microambiente e Meccanica Immunotumorale hanno portato nello spazio la loro esperienza in uno dei tumori cerebrali più aggressivi e incurabili, dove hanno dimostrato la capacità unica della microgravità di migliorare i modelli di organoidi che funzionano come ‘mini-tumori‘. Combinando cellule di glioblastoma di origine umana con cellule immunitarie nello spazio, questo lavoro potrebbe rivelarsi uno studio fondamentale per comprendere e trattare meglio il glioblastoma multiforme e altri tumori aggressivi”, ha affermato Michael Roberts, scienziato capo dell’ISS National Lab.