Rak trzustki należy do nowotworów o najgorszym rokowaniu i od lat stanowi jedno z największych wyzwań współczesnej onkologii. Jednym z powodów jego wyjątkowej agresywności jest zdolność do tworzenia złożonego mikrośrodowiska, które skutecznie chroni guz przed układem odpornościowym oraz terapiami przeciwnowotworowymi. Naukowcy z Uniwersytetu Miami opracowali innowacyjny model „guza na chipie”, który po raz pierwszy pozwala obserwować w czasie rzeczywistym, jak komórki nowotworowe przejmują kontrolę nad komórkami układu odpornościowego i wykorzystują je do własnej ochrony. Wyniki opublikowane w czasopiśmie Biofabrication mogą otworzyć nowe kierunki rozwoju terapii raka trzustki.
Z tego artykułu dowiesz się…
- Czym jest model „guza na chipie” i dlaczego pozwala obserwować rozwój raka trzustki w czasie rzeczywistym,
- W jaki sposób rak trzustki przejmuje kontrolę nad komórkami układu odpornościowego, aby zwiększyć swoją odporność na leczenie,
- Jaką rolę odgrywają fibroblasty i komórki supresorowe pochodzenia mieloidalnego w rozwoju nowotworu,
- Dlaczego zakłócenie komunikacji w mikrośrodowisku guza może stać się nowym kierunkiem leczenia raka trzustki.
Dlaczego rak trzustki jest tak trudny do leczenia?
Rak trzustki od wielu lat pozostaje jednym z najbardziej śmiertelnych nowotworów. W przeciwieństwie do wielu innych guzów litych nie składa się wyłącznie z komórek nowotworowych. Nowotwór otacza rozbudowane mikrośrodowisko guza, czyli złożona sieć:
- komórek podporowych,
- komórek układu odpornościowego,
- włókien tkanki łącznej,
- licznych cząsteczek sygnałowych.
Ta biologiczna „twierdza” skutecznie utrudnia przenikanie leków przeciwnowotworowych, osłabia odpowiedź immunologiczną organizmu i wspiera dalszy rozwój nowotworu. To właśnie dlatego rak trzustki bardzo często wykazuje oporność na dostępne metody leczenia.
Naukowcy stworzyli model „guza na chipie”
Aby lepiej zrozumieć mechanizmy odpowiedzialne za oporność raka trzustki, badacze opracowali zaawansowaną platformę mikroprzepływową określaną jako „guz na chipie”. Technologia została stworzona w ramach projektu Engineering Cancer Cures, realizowanego przez Sylvester Comprehensive Cancer Center oraz Uniwersytet Miami.
Model umożliwia odtworzenie trójwymiarowego środowiska guza oraz obserwację zachowania komórek praktycznie w czasie rzeczywistym. W przeciwieństwie do klasycznych hodowli komórkowych pozwala śledzić nie tylko obecność komórek, ale również ich wzajemną komunikację oraz zmieniające się zależności biologiczne.
Nowa technologia pokazuje raka „na żywo”
Autorzy badania podkreślają, że dotychczas naukowcy dysponowali jedynie statycznym obrazem procesów zachodzących w guzie. Nowy model całkowicie zmienia możliwości badawcze. Jak wyjaśnia starszy autor badania dr Ashutosh Agarwal:
Po raz pierwszy możemy obserwować, jak rak trzustki odbudowuje swoje środowisko w czasie rzeczywistym. Dodaje również: to jak przejście od statycznego obrazu do transmisji na żywo. Widzimy interakcje, które wcześniej były niewidoczne, i to one napędzają oporność na leczenie.
Możliwość obserwacji procesów zachodzących na bieżąco pozwala analizować zmiany, których wcześniejsze modele laboratoryjne nie były w stanie uchwycić.
Fibroblasty stają się sprzymierzeńcami nowotworu
Jednym z najważniejszych elementów mikrośrodowiska raka trzustki są fibroblasty związane z nowotworem. Są to komórki odpowiedzialne za budowę i przebudowę tkanek, jednak w przypadku raka trzustki zaczynają wspierać rozwój guza. Badacze wykazali, że zapalne fibroblasty:
- wydzielają cząsteczki sygnałowe,
- przyciągają kolejne komórki odpornościowe,
- wzmacniają mechanizmy ochronne nowotworu.
W rezultacie zamiast pomagać organizmowi zwalczać raka, mikrośrodowisko staje się coraz bardziej sprzyjające jego rozwojowi. Jak podkreśla współautor badania dr Jashodeep Datta:
Rak trzustki to ekosystem. Dodaje: aby skutecznie leczyć tę chorobę, trzeba zrozumieć, jak wszystkie te elementy oddziałują na siebie i wzajemnie się wzmacniają.
Komórki odpornościowe nie zawsze zwalczają raka
Jednym z najbardziej zaskakujących odkryć było zachowanie komórek supresorowych pochodzenia mieloidalnego. Choć należą one do układu odpornościowego, w badanym modelu nie zwalczały nowotworu. Przeciwnie – aktywnie wspierały jego rozwój. Badacze zaobserwowali, że komórki te:
- aktywują fibroblasty,
- nasilają stan zapalny,
- hamują skuteczną odpowiedź immunologiczną,
- wzmacniają ochronną barierę otaczającą guz.
Jak wyjaśnia dr Datta:
Obserwujemy, jak układ odpornościowy jest włączany w czasie rzeczywistym. Dodaje: zamiast eliminować guz, niektóre komórki układu odpornościowego pomagają mu w budowaniu silniejszej obrony.
Odkryto nową populację fibroblastów
Badanie przyniosło jeszcze jedno ważne odkrycie. Naukowcy zidentyfikowali wcześniej słabo poznaną populację komórek prekursorowych fibroblastów. Komórki te pozostają w stanie gotowości, jednak pod wpływem sygnałów pochodzących z układu odpornościowego bardzo szybko przekształcają się w zapalne fibroblasty wspierające rozwój nowotworu. Jak podkreśla dr Agarwal:
Te komórki są już na drodze do stania się prozapalnymi, a układ odpornościowy przyspiesza tę transformację. Dodaje: to daje nam bardzo konkretny punkt interwencji, którego wcześniej nie mieliśmy.
Nowe cele terapeutyczne mogą zwiększyć skuteczność leczenia
Wyniki sugerują, że równie ważne jak niszczenie samych komórek nowotworowych może być zakłócenie komunikacji zachodzącej w mikrośrodowisku guza. Jeżeli uda się przerwać sygnały odpowiedzialne za:
- przewlekły stan zapalny,
- immunosupresję,
- aktywację fibroblastów,
istniejące terapie przeciwnowotworowe mogą stać się znacznie skuteczniejsze. Dr Datta podkreśla:
Jeśli uda nam się przerwać komunikację między komórkami układu odpornościowego a środowiskiem guza, być może będziemy w stanie ponownie uczynić oporne nowotwory podatnymi na leczenie. Dodaje: właśnie w tym widzimy realny potencjał.
Technologia może znaleźć zastosowanie także w innych chorobach
Autorzy badania zwracają uwagę, że opracowana platforma nie musi ograniczać się wyłącznie do badań nad rakiem trzustki. Model „guza na chipie” umożliwia odtwarzanie bardzo złożonych środowisk biologicznych, dlatego może zostać wykorzystany również w badaniach nad:
- innymi nowotworami litymi,
- przewlekłymi chorobami zapalnymi,
- nowymi terapiami immunologicznymi.
Jak podsumowuje dr Agarwal:
To nowy sposób badania chorób. Dodaje: daje nam potężne narzędzie do zrozumienia i ostatecznie zakłócenie systemów biologicznych, które napędzają rozwój raka.
Główne wnioski
- Naukowcy z Uniwersytetu Miami opracowali model „guza na chipie”, który umożliwia obserwację interakcji między komórkami nowotworowymi i układem odpornościowym w czasie rzeczywistym.
- Badanie wykazało, że komórki supresorowe pochodzenia mieloidalnego aktywują fibroblasty, które wzmacniają stan zapalny, hamują odpowiedź immunologiczną i wspierają rozwój raka trzustki.
- Badacze zidentyfikowali wcześniej słabo poznaną populację prekursorowych fibroblastów, które po aktywacji szybko przekształcają się w komórki sprzyjające wzrostowi nowotworu.
- Wyniki sugerują, że blokowanie komunikacji między komórkami układu odpornościowego a mikrośrodowiskiem guza może zwiększyć skuteczność obecnych terapii raka trzustki oraz stać się nowym celem leczenia.
Źródło:
- https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1758-5090/ae7b09
- Sylvester Comprehensive Cancer Center
