3D Bioprintning kan øge vores forståelse af lægemiddelrespons hos kræftpatienter

Bioprintning tilbyder en række fordele, som forskere fortsat udforsker. Den anvender en kombination af levende celler, bio-ink og 3D‑printmetoder til at skabe komplekse strukturer som organer eller hudvæv, der kan inkuberes og bruges til testformål. Nu søger et hold af ingeniører fra Pohang University of Science and Technology (POSTECH) at udnytte denne teknologi til at forbedre sporing af lægemiddelrespons hos kræftpatienter. Her er, hvad du behøver at vide.

BioPrintning

Bioprintning er kulminationen af teknologiske og medicinske gennembrud i løbet af det sidste århundrede. Da medicinske forskere begyndte at lære om celleopbygning, og de første laboratoriedyrkede implantater begyndte at dukke op, tog bioprintning form. I dag integrerer bioprintning AI‑forskning og avancerede printmetoder med målet om en dag at kunne printe knogler, vaskulære netværk, ører, exoskeletter, blodkar, væv og organer.

Bioprintere spiller en vital rolle i at skabe prøver. Disse prøver giver medicinske forskere mulighed for at udføre tests på levende celler i realtid. De kan fremstilles hurtigt og i store mængder, hvilket muliggør omfattende test af behandlinger og lægemidler. Det er netop disse egenskaber, der har fået ingeniører til at overveje at bruge disse enheder til at skabe personlige kræfttestprøver fra patienter.

Nuværende metoder til test af lægemiddelrespons hos patienter

For at sikre sikkerhed skal lægemiddelproducenter gennemføre flere forsøg og tests på deres produkter. Der er to almindelige måder at udføre denne opgave på: genpanel‑baserede tests og patientafledt xenograft‑testning. Disse systemer udnytter tumorheterogenitet som en del af deres tilgang.

Tumorheterogenitet

De fleste kræftbehandlingsprocedurer baserer sig på tumorheterogenitet for bedre at forstå deres virkninger. Dette begreb refererer til den cellulære opdeling af tumoren. Ikke hver celle er ens, hvilket betyder, at forskere skal forstå alle cellerne for at sikre, at behandlingen er så effektiv som muligt til at dræbe tumoren.

Genpanel‑baserede tests

Genpanel‑baseret testning undersøger flere gener samtidigt for at finde mutationer. Denne test gør det muligt for forskere at identificere genetiske mutationer, der kan indikere, om en behandling sandsynligvis vil være effektiv for en specifik patient.

Patientafledt xenograft (PDX)

Patientafledte xenograft refererer til en metode, hvor tumorceller transplanteres til mus. Denne tilgang skaber et komfortabelt miljø for tumoren at vokse i, hvilket gør det muligt for forskere at teste og studere deres behandlingsvirkninger. Bemærkelsesværdigt er, at der i dag anvendes tusindvis af PDX‑modeller, hvilket gør dette til en af de mest effektive metoder i brug i dag.

Ulemper

De nuværende metoder til test af behandlingsvirkning har flere ulemper. For det første kræver de begge meget tid. I tilfældet med PDX kan det tage op til 8 måneder at dyrke og teste behandlinger. Derudover varierer indplantningsraterne fra 25 % til 75 %.

I tilfælde af genpanel‑baserede tests er der yderligere risici, såsom risikoen for at indsamle ufuldstændig eller uønsket genetisk information. Endelig er begge metoder dyre at gennemføre.

Bioprintning af lægemiddelresponsstudie

Studiet “Forudsigelse af patientens lægemiddelrespons via 3D‑bioprintet gastrisk kræftmodel anvendt patientafledt vævsbelastet vævsspecifik bioink”¹ offentliggjort i det internationale tidsskrift Advanced Science fremhæver brugen af en 3D‑printet gastrisk kræftmodel, der kan forudsige kemoterapiets effektivitet gennem ex‑vivo‑kulturer afledt af kræftpatienter. Bemærkelsesværdigt er, at de nye patient‑specifikke prækliniske modeller kan bruges til nøjagtigt at forudsige en patients lægemiddelrespons på meget kortere tid end tidligere metoder.

Mavekræft (GC)

Forskerne valgte at teste deres model på mavekræftceller. Mavekræft er blandt de 10 førende dødsårsager, hvilket gør den til et ideelt testemne for studiet. De begyndte med at bioprinte vævsspecifikke bio‑inks indeholdende patientafledte tumorstykker.

Kilde – POSTECH (Pohang University of Science and Technology)

Derefter blev printet nedsænket i en mave‑afledt decelluleret ekstracellulær matrix (dECM) hydrogel. Denne strategi gjorde det muligt for ingeniørerne at efterligne celle‑stroma‑ og celle‑matrix‑interaktionerne hos kræftceller i kroppen, og bevare histopatologien, intercellulær krydstale og cellekompositionerne.

Det ekstrusions‑baserede 3D‑bioprintningssystem brugte en printet gastrisk kræft (pGC) model til at producere hundreder af printede GC (pGC) prøver. Bemærkelsesværdigt er, at dette er en lav‑tryk‑ og lav‑temperatur‑printer. Systemet hjælper med at forhindre skade på cellerne under printprocessen.

Bioprintning af lægemiddelrespons test

Forskningsholdet testede deres patient‑afledte kræftvævsfragmenter som en del af deres F&U. De dyrkede prøver blev overvåget for at se, om de understøttede tumorens vækst og ekspansion, som i kroppen. Deres testresultater afslørede lovende data.

Bioprintning af lægemiddelrespons testresultater

Forskere fandt ud af, at ved at genskabe tumor‑mikromiljøet in vivo in vitro, kunne de teste lægemidler og behandlinger som kemoterapi på personlige prøver. Denne tilgang gjorde det muligt for teamet at spore nøgleoplysninger om behandlingsresponsen, såsom modellens genprofiler relateret til kræftudvikling, progression og lægemiddelrespons.

Med hensyn til ydeevne leverede den nye testproces mere præcise og hurtigere resultater end begge traditionelle metoder, der anvendes i dag. Derudover fandt de ud af, at den nye testprøve bevarede tumorens oprindelige karakteristika, hvilket gjorde det muligt for teamet at udføre hurtige lægemiddlevurderinger, når det var nødvendigt.

Bioprintning af lægemiddelresponsfordel

Ingeniørerne skabte et ideelt testmiljø for behandling ved succesfuldt at efterligne kræftcelle‑stroma‑interaktioner. Den nye tilgang giver større nøjagtighed og kræver mindre tid for at levere resultater. Derudover kræver den mindre konstruktionstid og kan udvides in vitro.

Bioprintning understøtter oprettelsen af hundreder af prøve‑kopier, hvilket muliggør storskalatesting af nye behandlinger på tværs af et bredt udvalg af parametre. Disse kopier kan tilpasses ved at justere printparametrene såsom materialer, dysestørrelse, tryk og hastighed.

Behandlings effektivitet

De seneste data fra bioprintning af kræftbehandlings‑respons‑test fremhæver, hvordan denne teknologi vil hjælpe med at forbedre behandlings‑effektiviteten. Lægemiddelproducenter og sundhedsprofessionelle får en fordel ved at kunne se resultaterne af deres behandling på kortere tid, så de kan foretage justeringer og opgraderinger hurtigere og forbedre deres evne til at lave præcise terapeutiske forudsigelser.

Personlig behandling

Dette studie demonstrerede, hvordan metoden kan bevare de unikke karakteristika ved gastrisk væv fra individuelle patienter, så sundhedsprofessionelle kan tilpasse deres behandlingsbehov. Ved at overvåge behandlingernes effektivitet kan sundhedsprofessionelle bedre afgøre, om et lægemiddel virker, og hvad den minimale dosis er, der kræves for at opnå ønsket effekt.

Færre bivirkninger

Bioprintning af kræfttest vil gøre det muligt for forskere at skabe mere effektive behandlinger, der giver færre bivirkninger. Da prøven bruger patientens væv til at skabe en arbejdende model, er ingeniørerne fuldt ud klar over, hvordan hvert lægemiddel vil interagere med kroppen.

Bioprintning af lægemiddelrespons forskere

Bioprintning af kræft‑lægemiddelrespons‑studiet blev ledet af POSTECH med bidrag fra professor Charles Lee fra The Jackson Laboratory for Genomic Medicine. Projektet blev finansieret af en bevilling fra National Research Foundation of Korea, Basic Science Research Program gennem National Research Foundation of Korea og Ministry of Education.

BioPrintning innovatører

Sundhedsindustrien kan opleve store markedsbevægelser som følge af dette studie. Kræftbehandling er en stor forretning, der er forudsagt at nå 335 mia. USD i 2029. Denne efterspørgsel vil blive mødt af innovative virksomheder, der leverer utraditionelle løsninger på et af menneskehedens største problemer. Her er et firma, der er perfekt positioneret til at udnytte data fra bioprintning af lægemiddelrespons‑studiet.

Organovo

Organovo kom ind på markedet i 2007 for at give medicinske forskere direkte adgang til 3D‑printet væv til test og forskning. Det er beliggende i San Diego, CA, og var den første til at introducere tredimensionel vævsteknologi, der fungerede på tværs af alle vævstyper.  Selvom de ikke er direkte involveret i studiet, kan sådan forskning bidrage til en øget interesse for bioprintnings‑applikationer.

Som det ser ud nu, er Organovo blevet et af de mest anerkendte navne inden for bioprintning og lægemiddelforskning. I dag leverer virksomheden en række funktionelle menneskelige vævsprint designet specifikt til lægemiddelt test. Som sådan kan enhver stigning i efterspørgslen efter 3D‑bioprintning resultere i en stigning i ONVO‑aktiens kurs.

Bioprintning af lægemiddelrespons tests vil gøre sundhedspleje tilgængelig

Det er altid et godt tegn, når man ser medicinske fremskridt, der en dag kan give lindring til millioner af mennesker globalt. Gastrisk og andre kræftformer er en voksende bekymring, som ingeniører og videnskabsfolk søger at tackle direkte. Dette seneste studie giver den perfekte træningsplatform for en sådan plan. Derfor skal du hylde dette team for et veludført arbejde.

Lær om anden Cool Healthtech Nu.

Studierreference:

^{1. Choi, Y.-M., Na, D., Yoon, G., Kim, J., Min, S., Yi, H.-G., Cho, S.-J., Cho, J. H., Lee, C., & Jang, J. (2025). Forudsigelse af patientens lægemiddelrespons via 3D‑bioprinted gastrisk kræftmodel anvendende patientafledt vævsbelastet vævsspecifik bioink. Advanced Science, 12(1), 2411769. https://doi.org/10.1002/advs.202411769}