La bioimpresión 3D puede aumentar nuestra comprensión de la respuesta a los fármacos en pacientes con cáncer

La bioimpresión ofrece una gran cantidad de beneficios que los investigadores continúan explorando. Utiliza una combinación de células vivas, bio‑tintas y métodos de impresión 3D para crear estructuras complejas como órganos o tejido cutáneo que pueden incubarse y usarse con fines de prueba. Ahora, un equipo de ingenieros de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH) busca aprovechar esta tecnología para mejorar el seguimiento de las respuestas a los fármacos en pacientes con cáncer. Aquí está lo que necesitas saber.

Bioimpresión

La bioimpresión es la culminación de avances tecnológicos y médicos durante el último siglo. A medida que los investigadores médicos comenzaron a aprender sobre la estructura celular y surgieron los primeros implantes cultivados en laboratorio, la bioimpresión empezó a tomar forma. Hoy, la bioimpresión integra la investigación de IA y métodos de impresión avanzados con el objetivo de, algún día, poder imprimir huesos, redes vasculares, oídos, exoesqueletos, vasos sanguíneos, tejidos y órganos.
Las bioimpresoras desempeñan un papel vital en la creación de muestras. Estas muestras permiten a los investigadores médicos realizar pruebas en células vivas en tiempo real. Pueden fabricarse rápidamente y en grandes cantidades, lo que permite pruebas exhaustivas de tratamientos y medicamentos. Son estas cualidades las que llevaron a los ingenieros a considerar el uso de estos dispositivos para crear muestras de prueba de cáncer personalizadas a partir de pacientes.

Métodos actuales de prueba de respuestas a fármacos en pacientes

Para garantizar la seguridad, los fabricantes de fármacos deben completar varios ensayos y pruebas en sus productos. Existen dos formas comunes de lograr esta tarea: pruebas basadas en paneles genéticos y pruebas de xenoinjertos derivados de pacientes. Estos sistemas aprovechan la heterogeneidad tumoral como parte de su enfoque.

Heterogeneidad tumoral

La mayoría de los procedimientos de tratamiento del cáncer dependen de la heterogeneidad tumoral para comprender mejor sus efectos. Este término se refiere a la descomposición celular del tumor. No todas las células son iguales, lo que significa que los investigadores deben comprender todas las células para garantizar que el tratamiento sea lo más eficaz posible para eliminar el tumor.

Pruebas basadas en paneles genéticos

Las pruebas basadas en paneles genéticos examinan varios genes simultáneamente para encontrar mutaciones. Esta prueba permite a los investigadores identificar mutaciones genéticas que pueden indicar si un tratamiento es probable que sea eficaz para un paciente específico.

Xenoinjerto derivado de pacientes (PDX)

Los xenoinjertos derivados de pacientes se refieren a un método de injertar células tumorales en ratones. Este enfoque crea un entorno favorable para que el tumor crezca, lo que permite a los investigadores probar y estudiar los efectos de sus tratamientos. Cabe destacar que ahora se utilizan miles de modelos PDX, lo que convierte a este método en uno de los más eficaces en la actualidad.

Desventajas

Los métodos actuales de prueba de la efectividad de los tratamientos presentan varias desventajas. En primer lugar, ambos requieren mucho tiempo. En el caso de los PDX, puede tardar hasta 8 meses en cultivar y probar los tratamientos. Además, sus tasas de injerto varían entre el 25 % y el 75 %.
En el caso de las pruebas basadas en paneles genéticos, existen riesgos adicionales, como la posibilidad de recopilar información genética incompleta o no deseada. Por último, ambos son costosos de realizar.

Estudio de respuesta a fármacos mediante bioimpresión

El estudio “Prediction of Patient Drug Response via 3D Bioprinted Gastric Cancer Model Utilized Patient-Derived Tissue Laden Tissue-Specific Bioink” publicado en la revista internacional Advanced Science destaca el uso de un modelo de cáncer gástrico impreso en 3D que puede anticipar la eficacia de la quimioterapia mediante cultivos ex vivo derivados de pacientes con cáncer. Cabe destacar que los nuevos modelos preclínicos específicos del paciente pueden usarse para predecir con precisión la respuesta a los fármacos de un paciente en mucho menos tiempo que los métodos anteriores.

Cáncer gástrico (GC)

Los investigadores seleccionaron probar su modelo en células de cáncer gástrico. El cáncer gástrico se encuentra entre las 10 principales causas de muerte, lo que lo convierte en el sujeto de prueba ideal para el estudio. Comenzaron biimpresionando bio‑tintas específicas de tejido que contenían fragmentos tumorales derivados de pacientes.

Fuente – POSTECH (Pohang University of Science and Technology)

Luego, la impresión se sumergió en un hidrogel de matriz extracelular descelularizada derivada del estómago (dECM). Esta estrategia permitió a los ingenieros replicar las interacciones célula‑estroma y célula‑matriz de las células cancerosas en el cuerpo, preservando la histopatología, la comunicación intercelular y las composiciones celulares.

El sistema de bioimpresión 3D basado en extrusión utilizó un modelo de cáncer gástrico impreso (pGC) para producir cientos de especímenes de pGC impresos. Cabe destacar que se trata de una impresora de baja presión y temperatura. Este sistema ayuda a prevenir daños a las células durante el proceso de impresión.

Prueba de respuesta a fármacos mediante bioimpresión

El equipo de investigación probó sus fragmentos de tejido canceroso derivados de pacientes como parte de su I&D. Las muestras cultivadas fueron monitoreadas para ver si apoyaban el crecimiento y la expansión del tumor, como ocurre en el cuerpo. Sus resultados de prueba revelaron datos prometedores.

Resultados de la prueba de respuesta a fármacos mediante bioimpresión

Los científicos descubrieron que al recrear el microambiente tumoral in vivo in vitro, podían probar fármacos y tratamientos como la quimioterapia en muestras personalizadas. Este enfoque permitió al equipo rastrear detalles clave de la respuesta al tratamiento, como los perfiles genéticos del modelo relacionados con el desarrollo del cáncer, su progresión y la respuesta a los fármacos.
En términos de rendimiento, el nuevo proceso de prueba proporcionó resultados más precisos y rápidos que ambos métodos tradicionales en uso hoy. Además, descubrieron que la nueva muestra de prueba conservó las características originales del tumor, lo que permitió al equipo realizar evaluaciones rápidas de fármacos cuando fuera necesario.

Beneficio de la respuesta a fármacos mediante bioimpresión

Los ingenieros crearon un entorno ideal para probar tratamientos al imitar con éxito las interacciones célula‑estroma del cáncer. El nuevo enfoque brinda mayor precisión y requiere menos tiempo para ofrecer resultados. Además, necesita menos tiempo de construcción y puede ampliarse in vitro.
La bioimpresión permite la creación de cientos de réplicas de muestras, lo que permite pruebas a gran escala de nuevos tratamientos en una amplia gama de parámetros. Estas réplicas pueden personalizarse ajustando los parámetros de impresión, como los materiales, el tamaño de la boquilla, la presión y la velocidad.

Eficiencia del tratamiento

Estos últimos datos de pruebas de respuesta al tratamiento contra el cáncer mediante bioimpresión resaltan cómo esta tecnología ayudará a mejorar la eficiencia del tratamiento. Los fabricantes de fármacos y los profesionales de la salud obtienen una ventaja al poder ver los resultados de su tratamiento en menos tiempo, lo que les permite hacer ajustes y mejoras más rápidamente y mejorar su capacidad de realizar predicciones terapéuticas precisas.

Tratamiento personalizado

Este estudio demostró cómo este método puede preservar las características únicas de los tejidos gástricos de pacientes individuales, permitiendo a los profesionales de la salud adaptar sus necesidades de tratamiento. Al monitorear la efectividad de los tratamientos, los profesionales de la salud pueden determinar mejor si un fármaco está funcionando y cuál es la dosis mínima necesaria para lograr el objetivo.

Menos efectos secundarios

Las pruebas de cáncer mediante bioimpresión permitirán a los investigadores crear tratamientos más efectivos que produzcan menos efectos secundarios. Dado que la muestra utiliza el tejido del paciente para crear un modelo funcional, los ingenieros están completamente al tanto de cómo cada fármaco interactuará con el cuerpo.

Investigadores de respuesta a fármacos mediante bioimpresión

El estudio de respuesta a fármacos del cáncer mediante bioimpresión fue liderado por POSTECH con contribuciones del profesor Charles Lee del The Jackson Laboratory for Genomic Medicine. El proyecto fue financiado mediante una subvención de la National Research Foundation of Korea, el Programa de Investigación en Ciencias Básicas a través de la National Research Foundation of Korea y el Ministerio de Educación.

Innovadores de la bioimpresión

La industria de la salud podría experimentar importantes movimientos de mercado como resultado de este estudio. El tratamiento del cáncer es un gran negocio que se prevé que alcance los 335 mil millones de dólares para 2029. Esta demanda será satisfecha por empresas innovadoras que ofrecen soluciones creativas para uno de los mayores problemas de la humanidad. Aquí hay una empresa que está perfectamente posicionada para aprovechar los datos del estudio de respuesta a fármacos mediante bioimpresión.

Organovo

Organovo (ONVO ) ingresó al mercado en 2007 para proporcionar a los investigadores médicos acceso directo a tejido impreso en 3D para pruebas e investigación. Está ubicado en San Diego, CA, y fue la primera empresa en introducir tecnología de tejido tridimensional que funcionaba en todos los tipos de tejido.  Aunque no está directamente involucrada en el estudio, dicha investigación podría contribuir a un aumento del interés en las aplicaciones de la bioimpresión.