Forscher der Rowan University drucken Tumormodelle in 3D, um Knochenkrebs zu untersuchen
Ein vom NCI finanziertes Projekt nutzt das Bioprinting mit Hydrogel, um eine Tumorumgebung nachzubilden, die in einer flachen Zellkultur nicht erfasst werden kann
Forscher der Rowan University nutzen den 3D-Bioprinting, um lebende Modelle des Chondrosarkoms zu erstellen, einer Form von Knochenkrebs, die gegen Chemotherapie, Bestrahlung und die meisten systemischen Therapien resistent ist. Das zweijährige Projekt wird vom National Cancer Institute finanziert und von Andrea Vernengo, außerordentliche Professorin für Chemie- und Biomedizintechnik am Henry M. Rowan College of Engineering der Rowan University, geleitet. Als Co-Projektleiter fungiert Tae Won B. Kim, außerordentlicher Professor für Orthopädische Chirurgie an der Cooper Medical School der Rowan University.
Chondrosarkomzellen setzen Signale frei, die mesenchymale Stammzellen anziehen, die normalerweise Knochen und Knorpel bilden. Die Forscher gehen davon aus, dass dieser Austausch die Stammzellen so umprogrammiert, dass sie zu „Komplizen“ werden, die gewebeabbauende Enzyme freisetzen und so dem Tumor helfen, in das umliegende Gewebe einzudringen.
Bioprinting einer steuerbaren Mikroumgebung
Bei der herkömmlichen Flachzellkultur lassen sich die Abstände, Migrationswege und Sauerstoffgradienten, die die dichte, schlecht durchblutete Matrix des Chondrosarkoms charakterisieren, nicht nachbilden, da die in einer einzigen Schicht gezüchteten Zellen direkt nebeneinander liegen und kein Gewebe durchqueren können.
Um diese Bedingungen nachzubilden, setzt das Team einen 3D-Drucker ein, um Tumorzellen und Stammzellen in getrennten Clustern innerhalb eines Stapels ringförmiger Kanäle in einer etwa einen Quadratzentimeter großen Hydrogelprobe zu platzieren.
Durch die Anordnung der beiden Zelltypen in kontrollierten, einstellbaren Abständen können die Forscher die Konsistenz des Gels durch Temperaturänderung auflockern und anschließend beobachten, ob die Zellen über einen Zeitraum von 30 Tagen aufeinander zu wandern, wobei sie Bewegung, Stoffwechselaktivität und Genexpression verfolgen. Vernengo entwickelte die Hydrogel-Technik ursprünglich zur Untersuchung der Knorpelregeneration, bevor Kim vorschlug, sie auf das Chondrosarkom anzuwenden.
Molekulare Analyse und nächste Schritte
Zwei Mitarbeiterinnen werden sich mit der molekularen Seite des Projekts befassen. Sophia Orbach, Assistenzprofessorin für Biomedizintechnik, wird die RNA in einzelnen Zellen untersuchen, um nachzuverfolgen, wie sich die Identität der Stammzellen im Laufe der Zeit verändert, während Susy Kohout, außerordentliche Professorin für Biomedizinische Wissenschaften, die Analyse der molekularen Vorgänge leiten wird, die diesen Wandel vorantreiben.
„Wir glauben, dass diese wechselseitige Kommunikation die Stammzellen im Grunde zu Komplizen macht, die den Tumorzellen helfen“, sagte Vernengo und fügte hinzu, dass das Verständnis dieses Prozesses Wege aufzeigen könnte, ihn zu unterbrechen und das Tumorwachstum zu verlangsamen.
