Att kunna upptäcka cancer i ett tidigt skede innebär ofta bättre behandlingsresultat och överlevnad. Bristen på kliniska prover från tumörer i tidiga stadier gör det dock svårt att identifiera sjukdomsrelevanta biomarkörer och att förstå de tillstånd som driver malign transformation. Verklighetstrogna in vitro-modeller av cancer i tidigt stadie som ger mekanistisk insikt i tumörutveckling gör det möjligt att överbrygga denna klyfta. Genom att återskapa de tillstånd som råder under cancerinitiering kan dessa modeller generera prediktiv kunskap för att vägleda utvecklingen av behandlingar som riktar sig mot cancer i deras tidigaste skeden.
I en ny reviewartikel publicerad i Nature Reviews Bioengineering utforskar forskare vid Oregon Health and Science University, Stanford University och University of Cambridge den mångfald av tekniker inom tissue engineering och biofabrikation som gör det möjligt att konstruera detaljerade in vitro-modeller som replikerar tidiga cancertillstånd och tumörutveckling.
I sin artikel lyfter Luiz Bertassoni och kollegor fram fördelarna med att skifta från det konventionella cancerbehandlingsparadigmet med fokus på att eliminera maligna celler, till ett som syftar till att förändra sjukdomsprogressionen innan fullt utvecklad cancer uppstår. Modeller i tidiga skeden som fångar den gradvisa omvandlingen av frisk vävnad till malign vävnad och möjliggör en djupare förståelse av onkogenes är centrala för denna övergång till en mer förebyggande strategi för cancerbehandling.
För att möjliggöra denna övergång spelar biofabrikationsverktyg med hög precision en viktig roll genom att återskapa den pre-maligna vävnadsmikromiljön med hög noggrannhet. Dessa konstruerade vävnadsmodeller ger mycket större experimentell kontroll jämfört med djurmodeller, vilket gör det möjligt för forskare att direkt studera hur olika stressorer påverkar vävnadsbeteende och cancerinitiering. På så sätt kan konstruerade vävnadsmodeller ge en mekanistisk förståelse för cancerutveckling och hjälpa till att identifiera viktiga biomarkörer för tidig sjukdom.
Bertassoni och kollegor betonar att olika biofabrikationsmetoder inte bör betraktas sparat från varandra. Istället har tekniker som bioprinting, organoider och organ-on-a-chip-system var och en distinkta styrkor och ger tillsammans en mer komplett bild när de används i kombination.
För tillämpningar som kräver högsta möjliga precision – som att undersöka specifika cellulära interaktioner – erbjuder mikrofluidisk bioprintningsteknik med encellsupplösning, inklusive Fluicells Biopixlar, ett kraftfullt alternativ. Denna teknik gör det möjligt att skapa heterogena vävnader som består av flera celltyper arrangerade i exakt definierade mönster genom att direkt deponera celler på målplatser.
Som ett exempel på detta beskriver författarna hur encellsbioprinting har använts för att reproducera bröstcancerbiopsier med 1,6 μm-upplösning. Detta tillvägagångssätt gör det till och med möjligt att selektivt ersätta enskilda friska celler med maligna celler, vilket möjliggör realtidsstudier av cancerprogression.
Tillsammans med kompletterande tekniker som ljus- eller extruderingsbaserad bioprinting, organoider och organ-on-a-chip-system, utgör mikrofluidisk bioprinting en del av en mångsidig verktygslåda som gör det möjligt för forskare att ta itu med de många utmaningarna med att förstå tidig cancerutveckling.
Genom sin studie ger Bertassoni och kollegor en tydlig och omfattande översikt över vävnadsteknik och biofabrikationstekniker och deras potential inom tidig cancerforskning. Deras arbete fungerar som en färdplan för att ompröva hur vi förstår cancerutveckling – och för att gå från att behandla sjukdomen till att fånga upp den innan den helt uppträder.
Läs artikeln Engineering and biofabrication of early cancer models i Nature Reviews Bioengineering.