Cercetători de la IISc au creat un model imprimat 3D pentru a studia penetrarea medicamentelor anticancerigene în tumori
Un dispozitiv low-cost, bazat pe imprimare 3D, permite simularea mediului hipoxic din tumorile solide pentru a analiza eficiența tratamentelor în funcție de adâncimea celulelor.
Cercetătorii de la Institutul Indian de Științe (IISc), din Departamentul de Inginerie Chimică, au dezvoltat un dispozitiv low-cost, imprimat 3D, conceput pentru a ajuta oamenii de știință să înțeleagă motivele pentru care medicamentele împotriva cancerului sunt mai puțin eficiente în regiunile profunde ale tumorilor solide. Dispozitivul recreează condițiile de privare de nutrienți și oxigen specifice interiorului tumorilor, permițând analizarea modului în care celulele canceroase răspund la tratamente la diferite adâncimi.
În tumorile solide, vasele sanguine sunt adesea insuficient dezvoltate și distribuite neuniform, ceea ce face ca celulele aflate mai departe de aceste vase să sufere de penurie de oxigen și nutrienți, influențând astfel creșterea lor și răspunsul la terapii. Metodele convenționale de laborator, care cresc celulele în straturi bidimensionale plate, nu reproduc adecvat aceste condiții. Pentru a depăși această limitare, echipa a optimizat modelul 'Cells-in-Gel-in-Paper' (CiGiP), în care celulele canceroase încorporate într-un gel sunt crescute pe straturi de hârtie stivuite, creând un gradient de difuzie a nutrienților și a oxigenului.
Spre deosebire de versiunile anterioare ale acestei tehnici, care depindeau de imprimante cu ceră sau bariere hidrofobe devenite greu accesibile, noua soluție utilizează o carcasă simplă prin presare, realizată cu imprimante 3D de tip FDM (fused deposition modelling). Proiectat de Ankit Kumar, student în cadrul laboratorului condus de Bhushan J. Toley, dispozitivul menține opt discuri de hârtie circulare prin presiune uniformă, prevenind scurgerile de mediu de cultură și medicamente pe margini.
Platforma a fost testată utilizând celule de cancer mamar MDA-MB-231 încorporate în Matrigel. După 72 de ore, rezultatele au arătat o scădere progresivă a numărului de celule vii și o creștere a celor moarte de la stratul superior către cel inferior. De asemenea, s-a observat o creștere a expresiei genei HIF-1alpha în straturile profunde, confirmând recreerea unui mediu hipoxic similar cu cel al unei tumori.
Studiul a evaluat penetrarea doxorubicinei, constatând că absorbția medicamentului scade progresiv pe cele opt straturi, ceea ce indică faptul că regiunile mai profunde primesc o doză mai mică. Deși perioadele mai lungi de tratament au compensat parțial aceste limitări de difuzie, testarea combinată a doxorubicinei cu paclitaxel a revelat o interacțiune antagonistă în toate straturile, conform scorului de sinergie Bliss. Aceasta înseamnă că efectul combinat al celor două medicamente a fost mai mic decât cel așteptat dacă acestea ar fi acționat independent.
Studiul a fost publicat în publicația Analytical Methods în 2026, fiind condus de Bhushan J. Toley, împreună cu coautorii Ankit Kumar și Shweta Kumar. Pentru a facilita reproducerea experimentelor și a sprijini screening-ul de medicamente, cercetătorii au făcut fișierele de proiectare ale dispozitivului disponibile public.