Un risultato scientifico per i ricercatori dell’Università di Tel Aviv: stampare un intero tumore di glioblastoma attivo e vitale utilizzando una stampante 3D. Il tumore biostampato in 3D include un complesso sistema di tubi simili a vasi sanguigni attraverso i quali possono fluire cellule del sangue e farmaci, simulando un vero tumore.
I modelli biostampati in 3D si basano su campioni di pazienti, prelevati direttamente dalle sale operatorie del Tel Aviv Sourasky Medical Center. I risultati del nuovo studio sono stati pubblicati da poco sulla prestigiosa rivista  Science Advances. Il glioblastoma è il cancro più letale del sistema nervoso centrale, responsabile della maggior parte dei tumori maligni del cervello. In uno studio precedente, hanno identificato una proteina chiamata P-Selectina, prodotta quando le cellule tumorali del glioblastoma incontrano le microglia, le cellule del sistema immunitario del cervello. Hanno scoperto che questa proteina è responsabile di un guasto nella microglia, inducendole a supportare piuttosto che ad attaccare le cellule cancerose mortali, aiutando la diffusione del cancro.
Tuttavia, hanno identificato la proteina nei tumori rimossi durante l’intervento chirurgico, ma non nelle cellule di glioblastoma coltivate su piastre di Petri in plastica 2D nel nostro laboratorio. Il motivo è che il cancro, come tutti i tessuti, si comporta in modo molto diverso su una superficie plastica rispetto a quanto avviene nel corpo umano. Circa il 90% di tutti i farmaci sperimentali fallisce in fase clinica perché il successo ottenuto in laboratorio non si riproduce nei pazienti.
Per affrontare questo problema, il team di ricerca ha creato il primo modello biostampato in 3D di un tumore glioblastoma, che include tessuto canceroso 3D circondato da matrice extracellulare, che comunica con il suo microambiente tramite vasi sanguigni funzionali. Non sono solo le cellule cancerose. Sono anche le cellule del microambiente nel cervello; gli astrociti, la microglia e i vasi sanguigni collegati a un sistema microfluidico, ovvero un sistema che ci consente di fornire sostanze come cellule del sangue e farmaci alla replica del tumore.
Ogni modello viene stampato in un bioreattore che hanno progettato in laboratorio, utilizzando un idrogel campionato e riprodotto dalla matrice extracellulare prelevata dal paziente, simulando così il tessuto stesso. Le proprietà fisiche e meccaniche del cervello sono diverse da quelle di altri organi, come la pelle, il seno o le ossa.
Il tessuto mammario consiste principalmente di grasso, il tessuto osseo è principalmente calcio; ogni tessuto ha le sue proprietà, che influenzano il comportamento delle cellule tumorali e il modo in cui rispondono ai farmaci. Coltivare tutti i tipi di cancro su superfici plastiche identiche non è una simulazione ottimale del contesto clinico.
Hanno dimostrato che questo modello 3D è più adatto per la previsione dell’efficacia del trattamento, la scoperta di target e lo sviluppo di farmaci in tre modi diversi. In primo luogo, hanno testato una sostanza che inibiva la proteina che avevamo scoperto di recente, la P-Selectin, in colture cellulari di glioblastoma coltivate su piastre di Petri 2D, e non hanno riscontrato differenze nella divisione e migrazione cellulare tra le cellule trattate e le cellule di controllo che non hanno ricevuto alcun trattamento. Al contrario, sia nei modelli animali che nei modelli biostampati in 3D, siamo stati in grado di ritardare la crescita e l’invasione del glioblastoma bloccando la proteina P-Selectina.
Questo esperimento ha mostrato perché i farmaci potenzialmente efficaci raramente raggiungono la clinica semplicemente perché falliscono i test nei modelli 2D e  viceversa: perché i farmaci considerati un successo fenomenale in laboratorio, alla fine falliscono negli studi clinici. Inoltre, hanno condotto il sequenziamento genetico delle cellule tumorali cresciute nel modello biostampato in 3D e le hanno confrontate con entrambe le cellule tumorali cresciute su plastica 2D e cellule tumorali prelevate dai pazienti.
Così, hanno dimostrato una somiglianza molto maggiore tra i tumori biostampati in 3D e le cellule di glioblastoma derivate dal paziente cresciute insieme alle cellule stromali del cervello nel loro ambiente naturale. Nel corso del tempo, le cellule tumorali cresciute sulla plastica sono cambiate considerevolmente, perdendo infine ogni somiglianza con le cellule tumorali nel campione di tumore al cervello del paziente. La terza prova è stata ottenuta misurando il tasso di crescita del tumore. Il glioblastoma è una malattia aggressiva in parte perché imprevedibile: quando le cellule tumorali eterogenee vengono iniettate separatamente in animali modello, in alcuni il cancro rimarrà dormiente, mentre in altri si svilupperà rapidamente un tumore attivo. Questo ha senso perché noi, come esseri umani, possiamo morire pacificamente di vecchiaia senza mai sapere di aver ospitato tali tumori dormienti.
Questo approccio innovativo consentirà anche lo sviluppo di nuovi farmaci, nonché la scoperta di nuovi bersagli farmacologici, a un ritmo molto più rapido rispetto a oggi. Si spera che in futuro questa tecnologia faciliterà la medicina personalizzata per i pazienti. Questa innovazione offre un accesso senza precedenti, senza limiti di tempo, ai tumori 3D che imitano meglio lo scenario clinico, consentendo un’indagine ottimale.

Daniele Corbo

Bibliografia: “Microengineered perfusable 3D-bioprinted glioblastoma model for in vivo mimicry of tumor microenvironment” by Ronit Satchi-Fainaro et al. Science Advances