Biodruk 3D w Narodowym Instytucie Onkologii – nowe perspektywy dla medycyny personalizowanej
Opublikowane 08 maja 2025
Współczesne badania nad nowotworami oraz przedkliniczne testowanie leków są oparte głównie na dwuwymiarowych hodowlach komórkowych (2D) oraz modelach zwierzęcych. Jednak tego typu systemy nie oddają złożoności mikrośrodowiska guzów nowotworowych człowieka ani rzeczywistych odpowiedzi guzów na leczenie. W rezultacie, aż 90% obiecujących terapii przeciwnowotworowych nie znajduje potwierdzenia w badaniach klinicznych.
W odpowiedzi na te ograniczenia, w Zakładzie Biologii Nowotworów Narodowego Instytutu Onkologii, zespół badawczy w składzie: dr Agata Kurzyk, dr hab. Anna Szumera- Ciećkiewicz, dr Joanna Miłoszewskiej, dr hab. Magdalena Chechlińska, łącząc doświadczenie i wiedzę, opracował zaawansowane modele komórkowe oparte na technologii biodruku 3D. Modele umożliwiają odtworzenie warunków panujących w mikrośrodowisku guza i znacznie lepsze odwzorowanie sytuacji klinicznej, co ma kluczowe znaczenie dla testowania skuteczności leków oraz przewidywania ich działania.
Nowa era w testowaniu leków przeciwnowotworowych?
W celu zbadania, jak mikrośrodowisko guza kształtuje odpowiedź na leczenie, zespół porównał różne systemy komórkowe, uwzględniając zarówno zaawansowane modele, jak
i tradycyjne podejścia.
– W naszym badaniu porównywałyśmy cztery różne modele raka skóry – tłumaczy dr Agata Kurzyk, kierownik projektu. – Z jednej strony stworzyłyśmy zaawansowany, biodrukowany model 3D. Z drugiej – analizowałyśmy prostsze modele: trójwymiarowe struktury zawierające wyłącznie komórki nowotworowe, klasyczne sferoidy oraz standardowe hodowle dwuwymiarowe. To pozwoliło nam sprawdzić, czy mikrośrodowisko nowotworu – czyli złożone komponenty guza – wpływa na odpowiedź na leczenie i który z tych modeli najlepiej odzwierciedla warunki panujące w guzie – dodaje.
Testowanie skuteczności leków i długotrwałe obserwacje
Testowanie skuteczności leków oraz długotrwałe obserwacje stanowią kluczowy element procesu badawczego - Kluczowym etapem eksperymentów było badanie odpowiedzi na cetuksymab – lek przeciwnowotworowy, który stanowi obiecującą opcję terapeutyczną u pacjentów z zaawansowanym rakiem płaskonabłonkowym skóry, szczególnie w przypadkach, gdy pacjent nie kwalifikuje się do leczenia chirurgicznego lub immunoterapii, bądź gdy immunoterapia okazuje się nieskuteczna – tłumaczy dr Kurzyk.
Biodrukowane modele 3D hodowano nawet przez 4 miesiące, co umożliwiło długotrwałą obserwację zmian morfologicznych i strukturalnych zachodzących w odpowiedzi na leczenie. Jak podkreśla badaczka, to właśnie dłuższy czas hodowli oraz obecność kluczowych komponentów mikrośrodowiska, sprawiają, że modele 3D znacznie lepiej niż klasyczne hodowle odwzorowują rzeczywiste warunki panujące w guzach nowotworowych - Zaobserwowałyśmy, że odpowiedź komórek nowotworowych na lek jest w tych modelach istotnie słabsza niż w klasycznych hodowlach 2D czy sferodiach, co odzwierciedla kliniczne wzorce odpowiedzi na cetuksymab – dodaje.
Biodruk 3D – nowa droga do medycyny personalizowanej
Wyniki badań potwierdzają ogromny potencjał biodrukowania 3D jako narzędzia do testowania nowych terapii onkologicznych. Opracowanie zaawansowanych modeli nowotworowych pozwoli nie tylko trafniej oceniać skuteczność leków, ale także zrozumieć złożone interakcje między komórkami nowotworowymi a ich mikrośrodowiskiem, co przyczyni się do dalszego rozwoju medycyny spersonalizowanej.
Publikacja zespołu badaczek została uznana w 2024 roku przez firmę Cellink* – światowego lidera w dziedzinie biodrukowania – za jedną z trzech najważniejszych prac naukowych w tym obszarze.
Pracownia Biologii Nowotworów Narodowego Instytutu Onkologii
W Pracowni Biologii Nowotworów realizowane są również kolejne projekty badawcze, które wykorzystują technologię biodruku 3D, oferując nowe możliwości w medycynie i inżynierii biomedycznej.
Jednym z kluczowych projektów jest modelowanie architektury naczyń krwionośnych biodrukowanego modelu 3D raka płaskonabłonkowego skóry, który umożliwia badania progresji nowotworu, mechanizmów oporności na leczenie, a także terapii celowanych. Projekt skupia się na opracowywaniu biodrukowanych struktur naczyniowych z wykorzystaniem komórek śródbłonka oraz kontrolowanego uwalniania czynników wzrostu, które wspomagają proces neoangiogenezy.
Kolejnym obszarem badań jest ocena przydatności biodrukowanych modeli 3D do badania radiowrażliwości komórek mikrośrodowiska guzów nowotworowych na promieniowanie jonizujące. Projekt realizowany we współpracy z Zakładem Fizyki NIO- PIB, może przyczynić się do opracowania narzędzia do precyzyjnego dostosowywania dawek radioterapii na podstawie indywidualnych cech guza, co pozwoli na poprawę skuteczności leczenia i zmniejszenie skutków ubocznych.
Pracownia Biologii Nowotworów współpracuje także z Biobankiem NIO-PIB przy realizacji projektu dotyczącego optymalizacji metod krioprezerwacji biodrukowanych modeli 3D skóry w zastosowaniach biomedycznych. Celem projektu jest zapewnienie długotrwałej żywotności biodrukowanych tkanek oraz opracowanie strategii długoterminowego przechowywania, co jest kluczowe w ich przyszłych zastosowaniach biomedycznych. Krioprezerwacja umożliwia przechowywanie modeli, które mogą być później wykorzystywane w testowaniu nowych terapii oraz w medycynie regeneracyjnej, w tym wspierając leczenia ran dla pacjentów po operacjach lub radioterapii.
Łącząc biodruk 3D, inżynierię biomedyczną i onkologię, biodrukowane modele 3D mają szerokie zastosowanie, wspierając rozwój personalizacji leczenia, tworzenie nowych narzędzi do badań przesiewowych leków oraz opracowywanie nowych strategii leczenia.
* Badania nad opracowaniem nowatorskiego modelu mikrośrodowiska raka płaskonabłonkowego skóry w oparciu o technologię biodruku trójwymiarowego (3D) i ocena odpowiedzi na cetuksymab były finansowane przez Fundację im. Jakuba hr. Potockiego (nr 300/2021).
Link do publikacji: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1758-5090/ad2b06
Llink do cellinka https://www.cellink.com/publications/