Establecimiento de un modelo fisiológico de microtumor vascularizado humano para la investigación del cáncer
15 de septiembre de 2023
Este protocolo presenta un modelo de tumor en un chip fisiológicamente relevante para realizar investigaciones básicas y traslacionales de alto rendimiento sobre el cáncer humano, avanzando en la detección de fármacos, el modelado de enfermedades y los enfoques de medicina personalizada con una descripción de los procedimientos de carga, mantenimiento y evaluación.
Nuestra plataforma de tumores en un chip fue desarrollada para modelar fisiológicamente el crecimiento de microtumores vascularizados humanos y nos permite responder preguntas de investigación básicas y traslacionales. Preguntas que se centran en la biología básica del tumor, la eficacia de los fármacos, la capacidad de respuesta del tumor, los procesos inmunológicos subyacentes, la posible intervención inmunoterapéutica y los enfoques terapéuticos personalizados. La traducción eficaz de los descubrimientos preclínicos en potentes tratamientos contra el cáncer depende de la replicación fiel del estado de la enfermedad y de los sistemas modelo.
Este protocolo describe el establecimiento del microtumor vascularizado, o VMT, para imitar el microambiente tumoral in vitro. El VMT reproduce fielmente aspectos clave de un tumor humano, produciendo hallazgos clínicamente relevantes. Nuestro modelo nos permite realizar investigaciones traslacionales y fisiológicamente relevantes sobre el cáncer humano.
En concreto, nuestro protocolo, a diferencia de otros modelos, incorpora condiciones de flujo dinámico, permite la integración de células inmunitarias e inmunoterapia, y además nos permite incorporar enfoques de medicina personalizada. Estamos empleando el modelo VMT para impulsar las iniciativas de medicina personalizada tanto en el ámbito preclínico como en el clínico. Este modelo profundiza nuestra comprensión de los factores microambientales en las interacciones célula-célula, que influyen en la resistencia terapéutica y la progresión del cáncer.
Además, el VMT se muestra prometedor en el descubrimiento de tratamientos personalizados específicos para cada paciente para mejorar la atención clínica.
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Descripción general
Este artículo presenta un protocolo detallado para establecer una plataforma de microtumor vascularizado (VMT) o tumor-en-un-chip que imita de cerca el microambiente tumoral humano in vitro. El sistema VMT integra múltiples tipos celulares humanos bajo condiciones de flujo dinámico dentro de un dispositivo microfluídico, lo que permite el estudio de la biología tumoral, la eficacia de fármacos, las interacciones inmunitarias y los enfoques de medicina personalizada en un contexto fisiológicamente relevante.
Componentes Clave del Estudio
Área de Ciencia
- Biología del cáncer
- Modelado del microentorno tumoral
- Ingeniería de tejidos
- Microfluídica
Antecedentes
- Los modelos tradicionales de cáncer in vitro suelen no replicar la complejidad del microambiente tumoral.
- La investigación preclínica eficaz y el desarrollo terapéutico requieren modelos que incorporen vascularización y barreras fisiológicas.
- La plataforma VMT aborda estas limitaciones mediante la formación de redes vasculares de novo y el soporte del crecimiento tumoral bajo condiciones de flujo.
- La integración de células inmunitarias y capacidades de imagen de alta resolución permite estudios avanzados de las interacciones tumor-inmunitarias y de la metástasis.
Objetivo del estudio
- Desarrollar y validar un sistema microfisiológico que recapitule el microambiente tumoral humano in vitro.
- Posibilitar la investigación traslacional sobre biología tumoral, respuesta a fármacos e inmunoterapia.
- Facilitar la medicina personalizada adaptando la plataforma para células derivadas de pacientes y tratamientos personalizados.
Métodos Utilizados
- Preparación de suspensiones celulares y componentes de la matriz extracelular (fibrinógeno, trombina, laminina).
- Carga de mezclas célula-matriz en placas microfluídicas esterilizadas con UV y polimerización del gel.
- Establecimiento de flujo dinámico y perfusión de medios a través de microcanales.
- Imagen microscópica para monitorear la formación de redes vasculares, distribución celular y ensayos funcionales (por ejemplo, perfusión de dextrano-FITC).
- Perfusión de células cancerosas y células inmunitarias (por ejemplo, células T) para estudiar la extravasación y las interacciones entre células.
Resultados principales
- Las células endoteliales formaron redes vasculares continuas y perfundidas en cuatro días, confirmado por una mínima fuga de dextrano-FITC.
- Las células cancerosas perfundidas en el sistema se adhirieron al endotelio y extravasaron, formando micrometástasis dentro de las primeras 24 horas.
- La imagen por lapsos de tiempo mostró una rápida adhesión y extravasación de linfocitos T hacia el microambiente tumoral.
- El modelo VMT conservó la heterogeneidad tumoral, las firmas de expresión génica y los perfiles de respuesta a fármacos similares a los tumores in vivo.
Conclusiones
- La plataforma VMT ofrece un modelo robusto y fisiológicamente relevante para estudiar la biología tumoral humana y las respuestas terapéuticas.
- Permite investigar la dinámica de las células inmunitarias, las barreras para la administración de fármacos y las estrategias de tratamiento personalizadas.
- Este enfoque impulsa tanto la investigación básica como la traslacional en cáncer al reducir la brecha entre los modelos tradicionales in vitro y la realidad clínica.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
Los modelos de tumores fisiológicamente relevantes siguen siendo un cuello de botella crítico para el descubrimiento predictivo de fármacos en oncología y la investigación traslacional. La plataforma de microtumores vascularizados (VMT) permite una recapitulación de alta fidelidad del microentorno tumoral humano, facilitando la evaluación robusta de la administración de fármacos, la infiltración de células inmunitarias y la respuesta terapéutica. Este sistema mejora la confianza predictiva en el punto crítico preclínico, impactando directamente en la selección de carteras y en las iniciativas de medicina personalizada.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Permite investigar la biología tumoral y los mecanismos del microambiente que influyen en la resistencia terapéutica.
- Posibilita la validación funcional de dianas en un contexto vascularizado y relevante para el ser humano.
- Facilita la reducción mecanicista de riesgos mediante la modelización de las interacciones inmune-tumor y estromales.
- Mejora la confiabilidad predictiva para avanzar dianas candidatas hacia las líneas de cribado.
Desarrollo de ensayos y cribado
- Proporciona una plataforma estandarizada y reproducible para ensayos cuantitativos de eficacia de fármacos y extravasación de células inmunitarias.
- Permite la obtención de imágenes de alta resolución y la visualización directa del comportamiento de compuestos y células en un microentorno perfundido.
- Posibilita la escalabilidad del ensayo y la reutilización de la plataforma en diversos tipos de tumores y muestras derivadas de pacientes.
- Genera lecturas fisiológicamente relevantes para la priorización de compuestos y estudios mecanicistas.
Investigación Traductiva y Preclínica
- Se alinea con la heterogeneidad tumoral humana relevante para la enfermedad y las firmas de expresión génica.
- Permite continuidad desde el descubrimiento hasta la validación preclínica utilizando células primarias de pacientes.
- Apoya el descubrimiento de biomarcadores traslacionales y la evaluación de estrategias terapéuticas personalizadas.
- Reduce el riesgo traslacional mediante la modelización de barreras a la administración de fármacos y respuestas inmunitarias similares a las in vivo.
Integración de la tubería y flujo de trabajo
La plataforma VMT conecta el descubrimiento temprano, la identificación de fármacos candidatos y la investigación traslacional al proporcionar un sistema fisiológicamente relevante y escalable para la prueba de hipótesis y la evaluación de fármacos.
- Biología del Descubrimiento: Modela las interacciones entre el tumor, el sistema inmunitario y el estroma para aclarar las dependencias de las vías y los mecanismos de resistencia.
- Selección: Proporciona resultados cuantitativos y reproducibles para ensayos de fármacos y células inmunitarias bajo condiciones de flujo dinámico.
- Análisis: Permite imágenes de alto contenido y mediciones cuantitativas de la extravasación, la metástasis y la respuesta terapéutica.
- Investigación Traducional: Facilita la alineación de biomarcadores y la medicina personalizada al acomodar células primarias derivadas de pacientes.
- Reutilización Empresarial: Adaptable a diversos tipos de tumores y programas de investigación, favoreciendo la estandarización de plataformas y la comparabilidad entre proyectos.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Aumenta la confianza predictiva y reduce la ambigüedad mecanicista en la investigación oncológica.
- Valor operativo: Estandariza la modelización compleja de tumores y permite flujos de trabajo reproducibles y escalables.
- Valor estratégico: Mejora la calidad de las decisiones de avance o interrupción y la eficiencia del capital al reducir los riesgos de los candidatos en etapas tempranas.
- Impacto en la cartera: Apoya la priorización ajustada al riesgo y el avance de activos con potencial traslacional validado.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en microfluídica, ingeniería de tejidos e imágenes avanzadas.
- Exige acceso a instrumentación especializada para el manejo de dispositivos microfluídicos y la obtención de imágenes en células vivas.
- Necesita la estandarización entre equipos en cuanto al origen celular, las condiciones de co-cultivo y los protocolos analíticos.
- Es adaptable a una variedad de tipos tumorales y muestras primarias de pacientes mediante la optimización del protocolo.
- Las limitaciones prácticas incluyen restricciones en el rendimiento y la necesidad de validación rigurosa de nuevas fuentes celulares.
Preguntas frecuentes sobre biofármacos
Chapters in this video
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Introduction
1:41
Preparing a Vascularized Micro‐Tumor System Using Human Cells for Studying Tumors and Drug Responses
3:34
Introducing Human Cells intoa Microfluidic Device to Investigate Tumor Progression in a Vascularized Micro‐Tumor System
