Los investigadores diseñan un nuevo hidrogel para tratamientos contra el cáncer más específicos

Investigadores de la Universidad de Toronto han diseñado una nueva forma de cultivar células en un laboratorio que les permite emular mejor los tumores cancerosos. La plataforma, basada en un tipo de materials conocido como hidrogel, una sustancia gelatinosa suave, abre nuevas formas de avanzar en las opciones de tratamiento para el cáncer.

Al investigar las moléculas naturales que se encuentran en el tejido del cáncer de mama, Alexander Baker, investigador postdoctoral en la Facultad de Ciencias Aplicadas e Ingeniería, y Laura Bahlmann, Ph.D. estudiante del Instituto de Ingeniería Biomédica, pudieron diseñar una alternativa más definida y confiable en cuanto a su composición al materials estándar que suelen utilizar los biólogos celulares conocido bajo la marca Matrigel. Sus hallazgos fueron publicados recientemente en Materiales hoy.

El nuevo hidrogel biomimético está compuesto de hialuronano, que se encuentra en el tejido sano y aumenta durante la progresión de muchos cánceres, incluidos los de mama, pulmón, cerebro, próstata, ovario y páncreas, pero está notablemente ausente en Matrigel. Estos materiales también contienen laminina, una proteína abundante en el tejido mamario.

Juntos, estos dos ingredientes dieron como resultado un hidrogel que imita de cerca el tejido nativo. Tiene todas las propiedades beneficiosas de Matrigel, pero va más allá al facilitar la comunicación entre las células y el tejido circundante.

Al comparar células de biopsia de pacientes cultivadas en laboratorio en presencia de su nuevo hidrogel versus Matrigel, el equipo observó diferentes tasas de crecimiento de células cancerosas y respuestas a los medicamentos. Cuando tomaron el mismo hidrogel e inyectaron las células del paciente para producir un modelo animal de la enfermedad, observaron diferencias en la respuesta inmune, donde Matrigel parecía sesgar los resultados, confundiendo así la comprensión de los investigadores. Sin embargo, el nuevo hidrogel proporcionó un lienzo imparcial para estudiar cómo el crecimiento del tumor afecta la respuesta celular inmunitaria del huésped.

«Con nuestra creciente comprensión del sistema inmunitario en el cáncer, no se puede exagerar la importancia de los resultados imparciales», cube Shoichet.

Estos resultados sugieren que el nuevo hidrogel puede producir resultados más parecidos a los observados normalmente en los tumores cancerosos humanos. Un ejemplo es la capacidad de las células mamarias para autoensamblarse en estructuras 3D con componentes clave orientados en una determinada dirección, un proceso conocido como polarización.

«Cuando se trabaja en la detección de drogas, es importante poder cultivar células enfermas porque esas son las que quieres matar», cube Baker, quien codirigió el estudio con Bahlmann.

Antes de que se pueda aprobar un nuevo tratamiento contra el cáncer para uso humano en Canadá y los Estados Unidos, Health Canada y la FDA exigen que pase estudios en animales in vivo. Esto incluye estudios de xenoinjertos derivados de pacientes, que son modelos de cáncer en los que el tejido o las células de un tumor humano se implantan en ratones inmunodeficientes. Estos modelos permiten a los investigadores emular mejor el crecimiento del cáncer humano y pueden usarse para estudiar los efectos de los tratamientos en células cancerosas de pacientes clínicamente relevantes.

Pero en algunos casos, el tiempo requerido para producir estos modelos animales para la investigación del cáncer es demasiado largo. Un enfoque de laboratorio para cultivar estas valiosas células de pacientes en un materials más definido puede acelerar el proceso de detección.

El nuevo hidrogel fue diseñado para emular el microambiente de las células cancerosas, creando un sistema altamente confiable para estudios de cáncer. Los investigadores pudieron controlar las entradas, lo que resultó en propiedades mecánicas y bioquímicas controladas relevantes para los tejidos que estaban emulando.

«El objetivo a largo plazo de la investigación del cáncer es alejarse de los estudios con animales», cube Bahlmann. «Si finalmente pudiéramos decir que nuestra plataforma es predictiva de la respuesta in vivo, habría muchas ventajas, incluida la reducción de la cantidad de tiempo que lleva obtener los resultados de un estudio».

El equipo colaboró ​​con el Dr. David Cescon, oncólogo y científico clínico del Centro Oncológico Princess Margaret de la Red de Salud Universitaria, para obtener las células de cáncer de mama de las pacientes utilizadas en el estudio. Y aunque gran parte del estudio se centró en el cáncer de mama, también utilizaron la plataforma para cultivar otros ocho tipos de cáncer (cerebro, colon, leucemia, pulmón, linfoma, ovario, páncreas y próstata) y ampliaron su investigación para estudiar la invasión celular.

“Estamos trabajando para comprender los procesos de invasión celular: cuando el cáncer se vuelve más agresivo, más difícil de tratar y comienza a infiltrarse en diferentes microambientes dentro del cuerpo”, cube Bahlmann.

Los investigadores esperan demostrar que al cultivar otras células cancerosas en su hidrogel, pueden descubrir nuevos objetivos y nuevos medicamentos para el tratamiento del cáncer de mama y otros tipos de cáncer.

«Creo que nos estamos moviendo hacia la period de la medicina de precisión, y si podemos analizar las células de un paciente de manera rápida y efectiva, entonces deberíamos poder identificar las mejores terapias para ese individuo», cube Shoichet. «Nuestro nuevo hidrogel nos inicia en este viaje de descubrimiento de fármacos».