În era medicinei de precizie, capacitatea de a reproduce fidel comportamentul tumoral în laborator poate schimba radical abordarea terapeutică în oncologie. Oamenii de ştiinţă au realizat acum un model artificial, capabil să mimeze fidel condiţiile biologice ale cancerelor umane şi să estimeze prognosticul doar pe baza imaginilor morfologice ale tumorilor. Acest progres deschide noi orizonturi pentru cercetarea în oncologie şi abordarea tratamentului personalizat împotriva cancerului.
O echipă de cercetare de la Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST), din Coreea de Sud, a dezvoltat un ţesut tumoral artificial, imprimat 3D, capabil să reproducă condiţiile biologice reale ale celulelor canceroase derivate de la pacienţi.
Acest model inovator simulează microambientul tumoral şi integrează tehnologia AI pentru a estima prognosticul pacienţilor doar pe baza imaginilor creşterii tumorale.
Ţesutul tumoral artificial redă cu fidelitate rigiditatea accentuată a mediului extracelular şi condiţiile de hipoxie, specifice ţesuturilor tumorale reale.
Prin analiza formei tumorilor artificiale cu ajutorul AI, echipa a reuşit să estimeze, cu o precizie de 99%, expresia unor markeri genetici relevanţi pentru evaluarea prognosticului, atunci când au testat modelul în cancerul colorectal.
Studiul, realizat de cercetători de la Departamentul de Inginerie Biomedicală al UNIST, în colaborare cu Centrul Medical Asan, din Seul, a fost publicat în revista Advanced Science.
Celulele canceroase se înmulţesc rapid, ducând la formarea unor ţesuturi dense şi ferme, cu niveluri reduse de oxigen, condiţii ce influenţează atât dezvoltarea cancerului, cât şi răspunsul la tratament.
Modelele tumorale artificiale existente, inclusiv cele derivate din celule canceroase recoltate de la pacienţi, nu au reuşit până acum să imite fidel micomediul tumoral, pentru a evalua exact dezvoltarea cancerului şi eficienţa tratamentului.
Pentru a depăşi aceste limitări, cercetătorii sud-coreeni au cultivat celule canceroase derivate de la pacienţi, şi au creat organoizi tumorali.
Apoi, folosirea unei tehnologii moderne de bioimprimare 3D a permis fabricarea unor tumori artificiale, care replică densitatea şi mediul hipoxic al tumorilor reale. Deşi forma fiecărei tumori s-a menţinut constantă în probele de la un singur pacient, dimensiunea şi morfologia au variat între indivizi.
Valorificând aceste trăsături morfologice, echipa a dezvoltat un model de AI capabil să estimeze expresia genei CEACAM5 din imagini microscopice.
Proteina CEACAM5 tinde să fie produsă în cantităţi mari în cancerul colorectal şi alte tumori solide, şi este asociată cu un potenţial metastatic crescut şi rezistenţă la chimioterapie.
Când este produsă în cantităţi mari, proteina reduce aderenţa între celule, rezultând structuri tumorale mai puţin dense. Modelul de AI a fost antrenat să recunoască aceste indicii morfologice şi să estimeze cu precizie nivelurile de expresie genetică ale acestei proteine.
Comparativ cu modelele tradiţionale, noul model tumoral artificial a reuşit să reproducă mult mai fidel modul în care genele sunt exprimate în tumorile reale ale pacienţilor.
Mai exact, similaritatea între expresia genică din model şi cea din tumorile reale a crescut de la aproximativ 70% la 90%, o îmbunătăţire semnificativă de 29%, care indică o reprezentare biologică mult mai precisă a tumorilor naturale.
În plus, modelul a reprodus cu succes răspunsurile individuale ale pacienţilor la chimioterapia cu 5-fluorouracil (5-FU), subliniind potenţialul său în planificarea tratamentelor personalizate.
Echipa de cercetare anticipează că această metodă, care reproduce cu acurateţe, în laborator, modul în care se dezvoltă tumorile şi condiţiile din jurul acestora, va ajuta la crearea unor tratamente oncologice mai eficiente şi adaptate fiecărui pacient.
În etapele următoare, cercetătorii îşi propun să adauge în aceste modele celule imune şi vase de sânge, pentru a reproduce şi mai fidel ceea ce se întâmplă în organismul uman afectat de cancer.
