Diseño de materiales impresos 3-D para aprender cómo proliferan los tumores.
Estructuras óseas tridimensionales impresas con diferentes tamaños de poro, ayudan a los científicos a ver cómo los tumores de cáncer óseo tienden a propagarse en un entorno realista.
Fuente: Rice University
Fecha: 8 de febrero del 2017
Las pruebas de tratamientos para los tumores de cáncer de hueso, pueden simplificarse con las nuevas mejoras a sofisticadas estructuras o andamios de apoyo que imitan su entorno biológico, de acuerdo con científicos de la Universidad de Rice.
Un equipo liderado por el bioingeniero de Rice Antonios Mikos, ha mejorado una estructura ósea impresa tridimensionalmente para ver cómo las células del sarcoma de Ewing responden a los estímulos, especialmente el esfuerzo cortante, la fuerza experimentada por los tumores transmitida por fluidos viscoso como la sangre fluyendo a través del hueso. Los investigadores determinaron que una estructura ósea natural o no, tiene un efecto muy real sobre cómo las células expresan proteínas de señalización que ayudan al cáncer a crecer.
El tamaño y la forma de los poros y la porosidad del andamio -el porcentaje de espacio vacío en una estructura creada por los poros- pueden afectar la fijación celular, alterar la permeabilidad de los medios y nutrientes, y facilitar la migración celular según los investigadores. Los científicos dijeron que la impresión tridimensional les permite acercarse más que nunca a imitar la arquitectura del hueso real.
La investigación se detalla en la revista de la Sociedad Americana de Química ACS Biomaterials Science and Engineering.
El propio andamio es especial, según Mikos. El polímero impreso de tipo óseo contiene poros de tamaños variables para restringir el flujo de fluidos a través de los poros y aplican grados variables de tensión de cizallamiento a las células tumorales, dependiendo de la orientación del andamio en relación con el flujo.
“Nuestro objetivo es desarrollar modelos de tumores que capturen la complejidad de los tumores in vitro y puedan utilizarse para pruebas de drogas, proporcionando así una plataforma para el desarrollo de fármacos y al mismo tiempo reducir el costo asociado”, dijo Mikos. Observó que, al variar la arquitectura del andamio, pueden cambiar el ambiente mecánico a través del cual fluyen los fluidos y la magnitud del esfuerzo de cizallamiento ejercido sobre las células tumorales.
Las secciones planas del andamio se imprimieron con poros en uno de tres tamaños: 0.2, 0.6 y 1.0 milímetro. Tres capas de cada uno fueron apiladas para hacer cada andamio tridimensional, y éstas fueron sembradas con células tumorales y colocadas en un reactor de perfusión de flujo que imita el empuje y la tracción de fluidos y tejidos en un ambiente biológico. Esto hace que las simulaciones sean mucho más realistas que las células en crecimiento en una placa plana de Petri, dijo Mikos.
Los investigadores encontraron que las células proliferaron mucho mejor bajo el flujo que en condiciones sin flujo de fluido. Cuando el fluido comenzó a fluir, las capas con los poros más pequeños, que restringen la permeabilidad, mostraron una proliferación significativamente mayor. También encontraron que, bajo el flujo, las células aumentaron su producción de insulina como la proteína del factor de crecimiento (IGF-1), en la superficie de las células del sarcoma y parte de la vía de señalización que desempeña un papel crítico en la resistencia a la quimioterapia. Además, la orientación de los tamaños de poro de 0.2, 0.6 y 1.0 milímetro, desempeñó un papel en la cantidad de IGF-1 producido por las células.
Los investigadores creen que la combinación de tensión de cizallamiento y orientación del andamio, indujo diferentes niveles de producción de proteínas.
Los investigadores planean ahora refinar su proceso de impresión de andamios para estudiar las metástasis y probar la respuesta de los tumores a los fármacos.