3D-bioprintning kan öka vår förståelse av läkemedelsrespons hos cancerpatienter

Bioprintning erbjuder en mängd fördelar som forskare fortsätter att utforska. Den använder en kombination av levande celler, bio-ink och 3D-utskriftstekniker för att skapa komplexa strukturer som organ eller hudvävnad som kan inkuberas och användas för teständamål. Nu söker ett team av ingenjörer från Pohang University of Science and Technology (POSTECH) att utnyttja denna teknik för att förbättra spårningen av läkemedelsrespons hos cancerpatienter. Här är vad du behöver veta.

Bioprintning

Bioprintning är kulmen av teknologiska och medicinska genombrott under det senaste århundradet. När medicinska forskare började lära sig om cellstruktur och de första laboratorieodlade implantaten började dyka upp, började bioprintning ta form. Idag integrerar bioprintning AI-forskning och avancerade utskriftsmetoder med målet att en dag kunna skriva ut ben, vaskulära nätverk, öron, exoskelett, blodkärl, vävnader och organ.
Bioprinterar spelar en avgörande roll i att skapa prover. Dessa prover möjliggör för medicinska forskare att utföra tester på levande celler i realtid. De kan tillverkas snabbt och i stora mängder, vilket möjliggör omfattande testning av behandlingar och läkemedel. Det är dessa egenskaper som fick ingenjörer att överväga att använda dessa enheter för att skapa personligt anpassade cancerprov från patienter.

Aktuella metoder för att testa läkemedelsrespons hos patienter

För att säkerställa säkerhet måste läkemedelstillverkare genomföra flera prövningar och tester på sina produkter. Det finns två vanliga sätt att utföra detta, genpanelbaserade tester och patientderiverade xenografttester. Dessa system utnyttjar tumörheterogenitet som en del av deras metod.

Tumörheterogenitet

Majoriteten av cancerbehandlingsprocedurer förlitar sig på tumörheterogenitet för att bättre förstå deras effekter. Denna term avser den cellulära uppdelningen av tumören. Inte varje cell är likadan, vilket innebär att forskare måste förstå alla celler för att säkerställa att behandlingen är så effektiv som möjligt för att döda tumören.

Genpanelbaserade tester

Genpanelbaserade tester undersöker flera gener samtidigt för att hitta mutationer. Detta test gör det möjligt för forskare att identifiera genetiska mutationer som kan indikera om en behandling sannolikt kommer att vara effektiv för en specifik patient.

Patientderiverade xenograft (PDX)

Patientderiverade xenograft refererar till en metod att transplantera tumörceller på möss. Detta tillvägagångssätt skapar en gynnsam miljö för tumören att växa, vilket möjliggör för forskare att testa och studera deras behandlingseffekter. Noterbart är att det nu finns tusentals PDX-modeller i bruk, vilket gör detta till en av de mer effektiva metoderna som används idag.

Nackdelar

De nuvarande metoderna för att testa behandlings effektivitet har flera nackdelar. För det första kräver de båda mycket tid. I fallet med PDX kan det ta upp till 8 månader att odla och testa behandlingar. Dessutom varierar dess engraftningsgrader från 25 % till 75 %.
I fallet med genpanelbaserade tester finns ytterligare risker, såsom risken för att ofullständig eller oönskad genetisk information samlas in. Slutligen är de båda dyra att genomföra.

Bioprintning läkemedelsresponsstudie

Studien “Förutsägelse av patientens läkemedelsrespons via 3D-bioprintad magsäckscancermodell med patientderiverad vävnadsladdad vävnadsspecifik bioink”¹ publicerad i den internationella tidskriften Advanced Science belyser användningen av en 3D-printad magsäckscancermodell som kan förutse kemoterapins effektivitet genom ex vivo‑kulturer hämtade från cancerpatienter. Noterbart är att de nya patient‑specifika prekliniska modellerna kan användas för att exakt förutsäga en patients läkemedelsrespons på mycket kortare tid än tidigare metoder.

Magsäckscancer (GC)

Forskarna valde att testa sin modell på magsäckscancerceller. Magsäckscancer är bland de 10 främsta dödsorsakerna, vilket gör den till ett idealiskt testobjekt för studien. De började med att bioprinta vävnadsspecifika bioinkar som innehöll patientderiverade tumörbitar.

Källa – POSTECH (Pohang University of Science and Technology)

Därefter sänktes utskriften i ett magsäck‑deriverat avcellulerat extracellulärt matrix (dECM) hydrogel. Denna strategi gjorde det möjligt för ingenjörerna att replikera cell‑stroma- och cell‑matrixinteraktionerna hos cancerceller i kroppen, vilket bevarade histopatologin, intercellulär kommunikation och cellkompositioner.

Det extrusionsbaserade 3D‑bioprintningssystemet använde en printad magsäckscancermodell (pGC) för att producera hundratals printade GC‑specimen (pGC). Noterbart är att detta är en lågtrycks‑ och lågtemperatur‑printer. Detta system hjälper till att förhindra skador på cellerna under utskriftsprocessen.

Bioprintning läkemedelsrespons test

Forskarteamet testade sina patientderiverade cancervävnadsfragment som en del av deras F&U. De odlade proverna övervakades för att se om de stödde tumörens tillväxt och expansion, likt i kroppen. Deras testresultat visade lovande data.

Bioprintning läkemedelsrespons testresultat

Forskare fann att genom att återskapa tumörens mikro‑miljö in vivo in vitro, kunde de testa läkemedel och behandlingar såsom kemoterapi på personligt anpassade prover. Detta tillvägagångssätt gjorde det möjligt för teamet att spåra viktiga detaljer av behandlingsresponsen, såsom modellens genprofiler relaterade till cancerutveckling, progression och läkemedelsrespons.
Vad gäller prestanda gav den nya testprocessen mer exakta och snabbare resultat än både traditionella metoder som används idag. Dessutom fann de att det nya testprovet behöll tumörens ursprungliga egenskaper, vilket gjorde det möjligt för teamet att genomföra snabba läkemedelsevalueringar vid behov.

Fördelar med bioprintning av läkemedelsrespons

Ingenjörerna skapade en idealisk testmiljö för behandling genom att framgångsrikt efterlikna cancercell‑stroma‑interaktioner. Det nya tillvägagångssättet ger högre noggrannhet och kräver mindre tid för att leverera resultat. Dessutom kräver det mindre byggtid och kan utökas in vitro.
Bioprintning möjliggör skapandet av hundratals provrepliker, vilket tillåter storskalig testning av nya behandlingar över ett brett spektrum av parametrar. Dessa repliker kan anpassas genom att justera utskriftsparametrarna såsom material, munstycksstorlek, tryck och hastighet.

Behandlingseffektivitet

Den senaste bioprintning‑cancertestningsdatan för behandlingsrespons belyser hur denna teknik kommer att hjälpa till att förbättra behandlingseffektiviteten. Läkemedelstillverkare och vårdpersonal får en fördel genom möjligheten att se resultaten av deras behandling på kortare tid, vilket gör att de kan göra justeringar och förbättringar snabbare och förbättrar deras förmåga att göra exakta terapeutiska förutsägelser.

Personlig behandling

Denna studie visade hur metoden kan bevara de unika egenskaperna hos magsäcksvävnad från enskilda patienter, vilket gör att vårdpersonal kan skräddarsy sina behandlingsbehov. Genom att övervaka behandlingarnas effektivitet kan vårdpersonal bättre avgöra om ett läkemedel fungerar och vad som är den minsta dosen som krävs för att uppnå önskat resultat.

Färre biverkningar

Bioprintning av cancertester kommer att möjliggöra för forskare att skapa mer effektiva behandlingar som ger färre biverkningar. Eftersom provet använder patientens vävnad för att skapa en fungerande modell är ingenjörerna fullt medvetna om hur varje läkemedel kommer att interagera med kroppen.

Bioprintning läkemedelsrespons‑forskare

Studien om bioprintning av cancerläkemedelsrespons leddes av POSTECH med bidrag från professor Charles Lee från The Jackson Laboratory for Genomic Medicine. Projektet finansierades av ett bidrag från National Research (NRC ) Foundation of Korea, Basic Science Research Program genom National Research Foundation of Korea, samt Utbildningsministeriet.

Bioprintningsinnovatörer

Vården kan se stora marknadsrörelser som ett resultat av denna studie. Cancerbehandling är en stor affär som förutspås nå 335 miljarder dollar år 2029. Denna efterfrågan kommer att mötas av innovativa företag som erbjuder nyskapande lösningar för ett av mänsklighetens största problem. Här är ett företag som är perfekt positionerat för att utnyttja data från bioprintning‑läkemedelsresponsstudien.

Organovo

Organovo gick in på marknaden 2007 för att ge medicinska forskare direkt tillgång till 3D‑printad vävnad för testning och forskning. Företaget är beläget i San Diego, CA, och var det första att introducera tredimensionell vävnadsteknologi som fungerade över alla vävnadstyper.  Även om de inte är direkt involverade i studien, kan sådan forskning bidra till ett ökat intresse för bioprintningsapplikationer.

Som det ser ut idag har Organovo blivit ett av de mest igenkännliga namnen inom bioprintning och läkemedelsforskningssektorerna. Företaget erbjuder idag ett brett utbud av funktionella mänskliga vävnadsutskrifter som är speciellt utformade för läkemedelstestning. Därmed kan en ökning i efterfrågan på 3D‑bioprintning leda till en uppgång i ONVO‑aktiens pris.

Bioprintning av läkemedelsrespons‑tester kommer att göra vården tillgänglig

Det är alltid ett gott tecken när man ser medicinska framsteg som en dag kan ge lindring till miljontals människor globalt. Magsäckscancer och andra cancerformer är en växande oro som ingenjörer och forskare försöker ta itu med direkt. Den senaste studien ger den perfekta träningsplattformen för ett sådant initiativ. Därför måste du hylla detta team för ett väl utfört arbete.
Läs om annan Cool Healthtech Nu.

Studierreferens:

^{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). Prediction of patient drug response via 3D bioprinted gastric cancer model utilizing patient-derived tissue-laden tissue-specific bioink. Advanced Science, 12(1), 2411769. https://doi.org/10.1002/advs.202411769}