Des chercheurs de Penn State ont réussi à bio-imprimer en 3D des tumeurs cancéreuses du sein et à les traiter dans une étude révolutionnaire pour mieux comprendre la maladie qui est l’une des principales causes de mortalité dans le monde.
Une première scientifique, cette réalisation jette les bases de la fabrication de précision de modèles de tumeurs. L’avancement permettra l’étude future et le développement de thérapies anticancéreuses sans l’utilisation de « in vivo » – ; ou « chez l’animal » – ; expérimentation.
Cela nous aidera à comprendre comment les cellules immunitaires humaines interagissent avec les tumeurs solides. Nous avons développé un outil qui sert de plate-forme de test clinique pour la sécurité et l’évaluation précise des thérapies expérimentales. C’est également une plate-forme de recherche pour les immunologistes et les biologistes pour comprendre comment la tumeur se développe, comment elle interagit avec les cellules humaines, et comment elle se métastase et se propage dans le corps.
Ibrahim Ozbolat, professeur de sciences de l’ingénieur et de mécanique, de génie biomédical et de neurochirurgie à Penn State et auteur principal de l’étude
Le laboratoire d’Ozbolat est spécialisé dans l’impression 3D pour créer une gamme de tissus destinés à la santé humaine. Deux articles de journaux sur les travaux du laboratoire utilisant la bioimpression 3D pour aider à l’étude du cancer du sein ont récemment été publiés dans Matériaux fonctionnels avancés et Biofabrication.
Les chercheurs ont utilisé une technique relativement nouvelle appelée bio-impression assistée par aspiration pour localiser avec précision les tumeurs en trois dimensions et créer le tissu. Les chercheurs ont ensuite formé le tissu en un modèle de tumeur mammaire vascularisée à plusieurs échelles avec des vaisseaux sanguins, dont ils ont découvert qu’ils répondaient à la chimiothérapie et à l’immunothérapie cellulaire.
L’équipe a d’abord validé la précision de son modèle tumoral en le traitant avec de la doxorubicine, un médicament chimiothérapeutique à base d’anthracycline couramment utilisé pour traiter le cancer du sein. Constatant que la tumeur bio-imprimée répondait à la chimiothérapie, les chercheurs ont ensuite testé un traitement immunothérapeutique à base de cellules sur la tumeur en collaboration avec le Dr Derya Unutmaz, immunologiste au Jackson Laboratory.
Les chercheurs ont utilisé des cellules CAR-T humaines qui ont été conçues par édition de gènes pour reconnaître et combattre une forme agressive de cellules cancéreuses du sein. Après 72 heures de circulation des cellules CAR-T éditées à travers la tumeur, les chercheurs ont découvert que les cellules de la tumeur bio-imprimée avaient généré une réponse immunitaire positive et combattaient les cellules cancéreuses.
« Notre modèle est fabriqué à partir de cellules humaines, mais ce que nous fabriquons est une version très simplifiée du corps humain », a déclaré Ozbolat. « Il existe de nombreux détails qui existent dans le microenvironnement natif que nous ne sommes pas en mesure de reproduire, ou même d’envisager de reproduire. Nous visons la simplicité dans la complexité. Nous voulons avoir une compréhension fondamentale du fonctionnement de ces systèmes – ; et nous avons besoin le processus de croissance doit être rationalisé, car nous n’avons pas le temps d’attendre que les tumeurs se développent à leur rythme naturel. »
Ozbolat a expliqué que malgré les avancées remarquables dans le traitement du cancer, il existe un manque de plateformes précliniques pour étudier les agents anticancéreux expérimentaux. Le fait de devoir s’appuyer sur des essais cliniques pour tester l’efficacité des traitements limite finalement la traduction clinique réussie des thérapeutiques anticancéreuses, a-t-il déclaré. Le développement de modèles bio-imprimés pourrait ouvrir la porte à de toutes nouvelles façons de comprendre le microenvironnement tumoral et la réponse immunitaire de l’organisme.
« L’immunothérapie s’est déjà révélée être un traitement prometteur pour les hémopathies malignes », a déclaré Ozbolat. « Essentiellement, les cellules immunitaires du patient sont retirées et modifiées génétiquement pour être cytotoxiques pour les cellules cancéreuses, puis réintroduites dans la circulation sanguine du patient. La circulation est essentielle car les cellules altérées doivent se déplacer dans le corps. Avec les tumeurs, ce type de circulation efficace n’existe pas, nous avons donc construit notre modèle pour essayer de mieux comprendre comment les tumeurs répondent à l’immunothérapie. »
Ozbolat et ses collègues travaillent maintenant avec des tumeurs prélevées sur de vraies patientes atteintes d’un cancer du sein. Les chercheurs appliqueront l’immunothérapie aux tumeurs dérivées de patients pour voir comment elles réagissent.
« Il s’agit d’une étape importante dans la compréhension des subtilités de la maladie, ce qui est essentiel si nous voulons développer de nouvelles thérapies et des thérapies ciblées contre le cancer », a déclaré Ozbolat.
Les autres collaborateurs des études sont Madhuri Dey, Myoung Hwan Kim, Momoka Nagamine, Ece Karhan et Nazmiye Celik de Penn State, et Mikail Dogan, Lina Kozhaya et Derya Unutmaz du Jackson Laboratory for Genomic Medicine.
Les cellules immunitaires pour la recherche ont été achetées dans le commerce auprès d’une société privée approuvée par l’IRB, qui fournit des leucopaks d’adultes en bonne santé sous une forme anonymisée à des fins de recherche. Le travail a été soutenu par le National Cancer Institute, la National Science Foundation, le HG Barsumian, MD Memorial Fund et TUBITAK.
