Ein internationales Forscherteam hat erfolgreich eine Methode zur verbesserten 3D-Modellierung von komplexen Krebsarten entwickelt. Dies wurde von einem Team der University of Waterloo erarbeitet, das modernste Bioprinting-Techniken mit synthetischen Strukturen bzw. Mikrofluidik-Chips kombinierte.
Die Forschungsarbeit mit dem Titel „Kontrollierte Tumorheterogenität in einem Co-Kultursystem durch ein 3D-Bio-gedrucktes Tumor-on-Chip-Modell“ wurde im Nature Magazin veröffentlicht.
In der traditionellen Vorgehensweise entnehmen Mediziner einem Patienten eine Tumorprobe, isolieren die Zellen und kultivieren sie dann in flachen Petrischalen im Labor. „So haben Biologen fünfzig Jahre lang Tumore verstanden“, erläuterte Nafiseh Moghimi, eine Postdoktorandin für angewandte Mathematik und Hauptautorin der Studie. Doch sie fügte hinzu: „Vor einem Jahrzehnt führten wiederholte Behandlungsversagen in klinischen Studien dazu, dass Wissenschaftler erkannten, dass ein 2D-Modell nicht die echte Tumorstruktur im Körper erfasst.“
Modell simuliert auch die umgebende Umwelt des Tumors
Das neu entwickelte Verfahren adressiert dieses Problem. Es schafft ein 3D-Modell, das nicht nur die Komplexität eines Tumors widerspiegelt, sondern auch dessen umgebende Umwelt simuliert. Dabei nutzt das Team Polymer-Mikrofluidik-Chips – winzige Strukturen mit Kanälen, die den Blutfluss und andere Flüssigkeiten um einen Tumor imitieren. Diese Technik des 3D-Drucks ermöglicht es, mehrere Krebszelltypen in einer speziellen Bio-Tinte zu kultivieren, die die Zellen am Leben erhält. Mit einem Extrusionsbioprinter, einem Gerät ähnlich einem 3D-Drucker, jedoch für organisches Material, werden die verschiedenen Krebszelltypen schichtweise auf die vorbereiteten Mikrofluidik-Chips aufgetragen.
Das Ergebnis ist ein lebendiges, dreidimensionales Modell komplexer Krebserkrankungen. Dieses Modell können Wissenschaftler nutzen, um verschiedene Behandlungsformen zu testen, z. B. verschiedene Chemotherapie-Medikamente. Besonders fokussieren sich Moghimi und ihr Team auf komplexe Modelle von Brustkrebs – nach Hautkrebs die am häufigsten bei Frauen diagnostizierte Krebsart.
Die 3D-gedruckten Tumormodelle verdeutlichen, wie neue Technologien schnellere, kostengünstigere und weniger schmerzhafte Behandlungen für schwere Erkrankungen wie fortgeschrittenen Brustkrebs ermöglichen. Die Ergebnisse dieser Forschung wurden unter dem Titel „Controlled tumour heterogeneity in a co-culture system by 3D bio-printed tumor-on-chip model“ in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.
