Τρισδιάστατο μοντέλο παχέος εντέρου προσφέρει μεγαλύτερη ακρίβεια στην έρευνα για τον καρκίνο

Το μοντέλο θα μπορούσε ενδεχομένως να χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο φαρμάκων ή τη δοκιμή θεραπειών.

Σε μια σημαντική πρόοδο για την έρευνα του καρκίνου και την εξατομικευμένη ιατρική, ερευνητές του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Ίρβαϊν ανέπτυξαν ένα καινοτόμο τρισδιάστατο μοντέλο ανθρώπινου παχέος εντέρου, ενσωματωμένο με βιοηλεκτρονικά στοιχεία. Η καινοτομία αυτή προσφέρει μια πιο ηθική, ακριβή και οικονομική εναλλακτική λύση στα πειράματα με ζώα για την έρευνα του καρκίνου του παχέος εντέρου και την ανακάλυψη νέων φαρμάκων.

Το μοντέλο του παχέος εντέρου 3D-IVM-HC (3D in vivo mimicking human colon), διαστάσεων 5×10 χιλιοστών, διαθέτει βασικά ανατομικά χαρακτηριστικά, όπως καμπυλότητα του οργάνου, πολυεπίπεδη κυτταρική δομή και πτυχώσεις οι οποίες είναι απαραίτητες για τη λειτουργία του εντέρου και τη βιολογία των όγκων.

«Οι τρισδιάστατες μορφές, οι καμπύλες και οι πτυχώσεις του μοντέλου 3D-IVM-HC είναι απαραίτητες για τη διατήρηση μιας ρεαλιστικής κυτταρικής συμπεριφοράς ακόμη και σε μικρή κλίμακα», δήλωσε ο Ραχίμ Εσφαντιάρ-Πουρ, επίκουρος καθηγητής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Επιστήμης Υπολογιστών στο UC Irvine.

«Επειδή το μοντέλο μας αναπαράγει πιο πιστά τη βιολογία του ανθρώπινου παχέος εντέρου, θα μπορούσε ενδεχομένως να χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο φαρμάκων ή τη δοκιμή θεραπειών με τρόπο που προβλέπει καλύτερα τις αντιδράσεις των ασθενών σε σύγκριση με τα ζώα ή τις απλές κυτταρικές καλλιέργειες» εξήγησε.

Ο ερευνητής ξεκίνησε την ανάπτυξη του μοντέλου αφού εντόπισε σημαντικούς περιορισμούς στις προκλινικές δοκιμές. Συγκεκριμένα, διαπίστωσε ότι περίπου τα μισά από τα τοξικολογικά αποτελέσματα των πειραμάτων σε τρωκτικά δεν μπορούν να μεταφραστούν με ακρίβεια στον άνθρωπο. Τα παραδοσιακά ζωικά μοντέλα συχνά αδυνατούν να αποτυπώσουν κρίσιμες πτυχές της βιολογίας των όγκων, ενώ η χρήση τους συνεπάγεται ιδιαίτερα υψηλό οικονομικό κόστος και χρονοβόρες διαδικασίες.

«Το βιοηλεκτρονικά ενσωματωμένο μοντέλο 3D-IVM-HC αντιμετωπίζει σημαντικές πρακτικές και ηθικές προκλήσεις που συνδέονται με την έρευνα σε ζώα, προσφέροντας μια προσέγγιση βασισμένη σε ανθρώπινα κύτταρα, χωρίς τη χρήση ζώων, η οποία επιτρέπει ταχεία, οικονομική και επεκτάσιμη έρευνα», ανέφερε.

Κατασκευασμένο από υλικά συμβατά με τον άνθρωπο

Η δομή του μοντέλου είναι κατασκευασμένη από ένα βιολογικό ικρίωμα από μεθακρυλικό, ζελατίνη και αλγινικό άλας, υλικά που επιλέχθηκαν για να μιμούνται τον μαλακό ιστό του παχέος εντέρου. Τα ανθρώπινα κύτταρα του εντέρου καλύπτουν την εσωτερική επιφάνεια, ενώ οι ινοβλάστες που ενσωματώνονται στην εξωτερική στρώση, αναδημιουργούν το βλεννογόνο περιβάλλον που υποστηρίζει τη λειτουργία του εντέρου.

«Αυτή η περίπλοκη αρχιτεκτονική διάταξη προάγει τις ισχυρές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των κυττάρων, με αποτέλεσμα την τετραπλάσια αύξηση της κυτταρικής πυκνότητας σε σχέση με τις συμβατικές δισδιάστατες καλλιέργειες και ενδεχομένως την ενίσχυση της φυσιολογικής συνάφειας και της λειτουργίας του φραγμού», εξήγησε ο ερευνητής.

Όταν οι ερευνητές δοκίμασαν το χημειοθεραπευτικό φάρμακο 5-φθορουρακίλη, το τρισδιάστατο μοντέλο εμφάνισε αυξημένη αντοχή στη θεραπεία. Τα καρκινικά κύτταρα του παχέος εντέρου απαιτούσαν περίπου δέκα φορές υψηλότερη δόση για να επιτευχθούν τα ίδια κυτταροτοξικά αποτελέσματα που παρατηρούνται στις συμβατικές δισδιάστατες καλλιέργειες σε τρυβλία Petri. Η αυξημένη αυτή ανθεκτικότητα αντικατοπτρίζει τις πραγματικές κλινικές αποκρίσεις των ασθενών, καθιστώντας το μοντέλο ένα πιο αξιόπιστο εργαλείο για τη δοκιμή φαρμάκων.

Προς μια εξατομικευμένη και ηθική ανακάλυψη νέων φαρμάκων

Οι ερευνητές θεωρούν το μοντέλο 3D-IVM-HC θεμέλιο για την εξατομικευμένη ιατρική. Καλλιεργώντας κύτταρα που προέρχονται από βιοψίες όγκων ασθενών, οι επιστήμονες θα μπορούσαν να δημιουργήσουν εξατομικευμένα μίνι-έντερα για να προσδιορίσουν ποια φάρμακα λειτουργούν καλύτερα για κάθε ασθενή.

Η ανάπτυξη του μοντέλου ολοκληρώνεται σε διάστημα περίπου δύο εβδομάδων, ενώ οι φαρμακευτικές δοκιμές διαρκούν λίγες μόνο ημέρες. Το χρονικό αυτό πλαίσιο είναι σημαντικά συντομότερο και οικονομικότερο από εκείνο των προκλινικών μελετών σε ζώα, ενισχύοντας την αποδοτικότητα της ερευνητικής διαδικασίας και περιορίζοντας τα ηθικά και οικονομικά βάρη. Σύμφωνα με τον ερευνητή, η πλατφόρμα έχει τη δυνατότητα να ενισχύσει την κατανόηση των μηχανισμών που διέπουν την ανάπτυξη του καρκίνου και να βελτιώσει την ακρίβεια πρόβλεψης στην αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας των φαρμάκων.

«Τα νοσοκομεία και τα εργαστήρια θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν τέτοια μοντέλα για να διεξάγουν προκλινικές δοκιμές νέων θεραπειών με ηθικό και έγκαιρο τρόπο, πιθανώς μεταμορφώνοντας την αλυσίδα ανάπτυξης φαρμάκων», είπε.

Τα ευρήματα της μελέτης δημοσιεύθηκαν στο επιστημονικό περιοδικό Advanced Science.

ΠΗΓΗ: Interesting Engineering


Όλες οι Ειδήσεις από την Ελλάδα και τον Κόσμο,  στο ertnews.gr
Διάβασε όλες τις ειδήσεις μας στο Google
Κάνε like στη σελίδα μας στο Facebook
Ακολούθησε μας στο Twitter
Κάνε εγγραφή στο κανάλι μας στο Youtube
Γίνε μέλος στο κανάλι μας στο Viber

Προσοχή! Επιτρέπεται η αναδημοσίευση των πληροφοριών του παραπάνω άρθρου (όχι αυτολεξεί) ή μέρους αυτών μόνο αν:
– Αναφέρεται ως πηγή το ertnews.gr στο σημείο όπου γίνεται η αναφορά.
– Στο τέλος του άρθρου ως Πηγή
– Σε ένα από τα δύο σημεία να υπάρχει ενεργός σύνδεσμος