Fabryka nowotworów w służbie biologii

[KopalniaWiedzy.pl 357]

Naukowcy od dawna pracowali nad stworzeniem maszyny imitującej trójwymiarową strukturę nowotworu. Skonstruowanie takiego urządzenia znacznie ułatwiłoby prace badawcze nad biologią guzów. Mogłoby także przyczynić się do skuteczniejszego testowania nowych leków w warunkach laboratoryjnych, co ułatwiłoby utrzymanie ścisłej kontroli nad eksperymentem, a także pozwoliłoby ograniczyć liczbę testów wykonywanych na zwierzętach.

Dotychczas w laboratoriach stosowano masowo zaledwie dwie techniki hodowli. Pierwsza to hodowla zawiesinowa, tzn. taka, w której komórki unoszą się w pożywce podobnie jak krwinki we krwi. W ten sposób można jednak hodować tylko nieliczne typy komórek. Większość potrzebuje kontaktu z podłożem, do którego przylegają podobnie, jak w naturalnej tkance przylegają do tzw. macierzy pozakomórkowej. Największą wadą tego typu hodowli była jej dwuwymiarowa struktura - komórki są hodowane jako pojedyncza, jednolita warstwa, przez co wszystkie rosną w identycznych warunkach. W prawdziwym guzie sytuacja jest bardziej skomplikowana, gdyż ze względu na nierównomierne unaczynienie poszczególne fragmenty tkanki dysponują różnymi warunkami środowiska. Z tego powodu badania nad nowotworami in vitro często nie odzwierciedlały rzeczywistej sytuacji wewnątrz guza.

W celu przezwyciężenia tej niedogodności naukowcy opracowali tzw. sferoidy. Są to nieduże pęcherzyki mieszczące w swoim wnętrzu hodowane komórki. Odzwierciedlało to częściowo architekturę guza, lecz technologia ta była ciężka do zastosowania w typowym laboratorium. Wymagała odpowiednich maszyn i stosowania skomplikowanego procesu opłaszczania komórek specjalną błoną, przez co niewiele zakładów badawczych pozwalało sobie na stosowanie tej techniki. Dodatkowo trudno było utrzymać identyczny rozmiar poszczególnych struktur. Mimo to technologia ta ma też swoje wielkie zalety - udowodniono na przykład, że stosowany często w terapii raka piersi lek, Taxol, jest dwukrotnie mniej skuteczny w zabijaniu komórek rosnących wewnątrz sferoidów, niż w przypadku hodowli jednowarstwowej. Osiagnięty w ten sposób wynik jest jednocześnie znacznie bardziej przybliżony do realnej skuteczności tego środka.

Grupa naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley postanowiła poszukać łatwiejszej i tańszej metody hodowli symulującej strukturę tkanki. Opracowali oni specjalną trójwymiarową matrycę złożoną z licznych przedziałów, mieszczących zaledwie około dziesięciu komórek każdy. Gdy przepuści się przez nią roztwór komórek nowotworowych (komórki przylegające do podłoża tymczasowo odkleja się od niego, a następnie powstały roztwór wpuszcza do maszyny), wypełniają one poszczególne sektory, a następnie przylegają do ich ścianek. Gdy zasiedlenie matrycy jest zakończone, można do niej wpuścić standardową pożywkę hodowlaną. Luke Lee, główny twórca urządzenia, wyjaśnia sekret skuteczności opracowanego przez jego zespół systemu: Podanie komórek w roztworze pozwala na uzyskanie zbitych grup komórek rozsianych w trójwymiarowej sieci, co odgrywa ważną rolę w formowaniu równomiernych sferoidów.

Maria Teresa Santini, niezwiązana z projektem włoska specjalistka w dziedzinie badań nad nowotworami, jest pod wrażeniem działania nowego systemu. To ważny krok naprzód. Do tej pory trudno było uformować sferoidy o identycznym kształcie i strukturze, co znacznie zmniejszało wiarygodność badań laboratoryjnych. Dzięki temu odkryciu możemy uzyskać znacznie większą powtarzalność wyników i jednocześnie pozbyć się błędów wynikających z nierównej wielkości poszczególnych pęcherzyków.

Mniej entuzjastyczny jest Wolfgang Mueller Klieser, pracownik Uniwersytetu w Moguncji. Jego zdaniem, równie łatwo byłoby hodować sferoidy z użyciem dotychczas stosowanej technologii, wprowadzając jedynie dodatkowy krok sortowania ich według rozmiaru. Przyznaje jednak, że nowa technologia jest znacznie szybsza - pozwala bowiem wykonać w kilka godzin pracę, która do tej pory wymagała dziesięciu dni.

Kontrowersje wzbudza także rozmiar pojedynczych zlepów komórek tworzonych przez maszynę opracowaną w Kalifornii. Luke Lee broni jednak swojego pomysłu, twierdząc, że eksperyment miał jedynie potwierdzić możliwość zastosowania wspomnianej metody. Twierdzi także, że liczba komórek w pojedynczym pęcherzyku odzwierciedla strukturę guza na wczesnym etapie rozwoju. Planuje jednak stworzenie nowych wersji urządzenia, które mogłyby być pomocne w badaniach nad bardziej zaawansowanymi nowotworami.