Novo dispositivo microfluídico mostra que o formato do tumor prevê a agressividade do câncer

Pesquisadores da Faculdade de Ciências Aplicadas e Engenharia da Universidade de Toronto projetaram uma nova plataforma microfluídica que permite controle e manipulação sem precedentes de formatos de tumores – uma área amplamente inexplorada com grande potencial para o avanço da pesquisa sobre o câncer.

O trabalho, liderado pelo professor Edmond Young, oferece novos insights sobre como a forma dos tumores pode prever o comportamento e a agressividade das células cancerígenas, o que abre novos caminhos para cuidados oncológicos mais personalizados e direcionados.

“Embora existam várias plataformas para modelagem in vitro de esferóides – agregados tridimensionais de células que podem imitar tecidos e minitumores – um desafio no campo da pesquisa do câncer tem sido a incapacidade de controlar a forma, a recuperação e a localização desses organoides cancerígenos “, diz Sina Kheiri, co-autora principal do estudo, que foi publicado recentemente em Materiais Avançados.

“Assim, os pesquisadores acabam com esses tumores em um chip que não podem ser facilmente caracterizados porque ficam presos no dispositivo e só podem ser observados por microscopia óptica”.

A nova plataforma, chamada Recoverable-Spheroid-on-a-Chip com formato externo irrestrito (ReSCUE), oferece aos pesquisadores a capacidade de recuperar e liberar tumoróides para realizar análises e caracterização downstream.

A plataforma também permite que os pesquisadores cultivem organoides cancerígenos na forma que desejarem. Isto é importante, diz Kheiri, porque grande parte da pesquisa atual sobre modelagem in vitro de células cancerígenas está focada em tumores de formato esférico, mas os tumores em um corpo podem assumir muitas formas diferentes.

“Em muitos tipos de câncer invasivos, o formato do tumor não é esférico”, diz ele. “Por exemplo, num estudo recente com 85 pacientes com cancro da mama, apenas 20% dos tumores eram esféricos.

“Se os estudos de modelagem se limitam às formas esféricas dos tumores, então não estamos olhando para todo o espaço paramétrico e a escala dos tumores que são vistos na vida real. Estamos apenas olhando para uma pequena parte de toda a resposta para entender o comportamento das células cancerígenas. “

Ph.D. de Kheiri. a pesquisa foi co-supervisionada por Young e pela professora Eugenia Kumacheva, que é do Departamento de Química da Universidade de Toronto e foi nomeada para o Instituto de Engenharia Biomédica.

O desenvolvimento da plataforma ReSCUE foi conduzido em colaboração com o Dr. David Cescon, cientista clínico e oncologista médico da mama no Princess Margaret Cancer Centre, em Toronto. A equipe de Cescon forneceu acesso às células cancerígenas que foram usadas para formar organoides do câncer de mama.

A plataforma multicamadas também utiliza EKGel, um hidrogel biomimético desenvolvido pelo grupo de laboratório de Kumacheva, que atua como uma estrutura, permitindo que as células cancerígenas derivadas do paciente cresçam e se organizem da mesma forma que fariam in vivo, dentro do tecido humano.

A ideia de que as formas dos tumores determinam o comportamento das células cancerígenas foi uma descoberta fortuita para Kheiri. Quando ele estava otimizando e desenvolvendo a plataforma microfluídica, ele descobriu que alguns dos tumoróides derivados do paciente estavam formando curvaturas positivas devido ao formato do micropoço.

“Eu estava brincando com a proporção dos micropoços e observei que quando os poços tinham um formato mais alongado ou em bastão, em vez de circular ou de disco, os tecidos formavam filamentos celulares nas regiões com curvatura positiva”, diz ele. .

“Não vi isso em tumoróides da mesma amostra de células cancerígenas que formavam uma forma esférica. Então, começamos a criar formas diferentes e a analisar os efeitos da forma ou da curvatura no comportamento do câncer”.

A equipe analisou tumoróides em formato de disco, bastonete e U e descobriu maior atividade celular e maior proliferação nas curvaturas positivas – onde o formato do tumor é convexo, curvado para fora.

Isso pode significar que o crescimento de células nessas áreas é mais invasivo em comparação com áreas do tumor que apresentam curvatura plana.

“Compreender a relação entre o formato do tumor e o comportamento celular é importante para prever a agressividade do tumor e planejar estratégias de tratamento adequadas, como radioterapia direcionada ou administração de medicamentos”, diz Kheiri.

“Queremos abrir esta porta e dar aos investigadores uma plataforma que possam utilizar para estudar como diferentes formatos de tumores respondem ao tratamento com medicamentos anti-cancerígenos, à radioterapia e à quimioterapia”.

Kheiri é atualmente pesquisador de pós-doutorado no Massachusetts Institute of Technology (MIT), mas continua a fornecer apoio ao Young Lab no desenvolvimento contínuo da plataforma ReSCUE. Os investigadores submeteram recentemente uma patente nos EUA e pretendem desenvolver os seus resultados.

“Esperamos que estes minitumores de formato único possam ajudar os biólogos e investigadores do cancro a compreender melhor a biologia das células cancerígenas e como respondem aos medicamentos”, diz Young.

“Vamos adicionar recursos ainda mais complexos, como a vasculatura circundante. Quanto mais controle tivermos sobre os recursos que podemos incluir em nossos modelos, mais realistas eles se tornarão e mais precisos serão nossos testes de drogas.”