Additive Manufacturing hilft, Zellen von einem der aggressivsten Brustkrebsarten zu isolieren

Wissenschaftler der Universität von Girona haben Brustkrebsstammzellen durch additive Herstellung erfolgreich isoliert. Diese Untersuchung wurde als sehr wichtiger Meilenstein in der Erforschung des dreifach negativen Brustkrebs angesehen, einer der aggressivsten Krebsarten mit einer hohen Rückfallrate. Mit dem 3D-Drucker BCN3D Sigma konnte das Forschungsteam dreidimensionale Gerüste herstellen, die die Strukturen wieder herstellen, die in den Geweben und Fasern des Körpers zu finden sind. Diese 3D-Gerüste sind in der Lage, Stammzellen abzutrennen, die für Rückfälle verantwortlich sind, um sie später zu untersuchen, um Arzneimittel zu entwickeln, die in der Lage sind, sie zu eliminieren, ohne andere Zellen zu beeinträchtigen und das Auftreten von Rückfällen bei Patienten zu vermeiden.

Einem Forschungsteam der Universität von Girona ist es gelungen, Stammzellen aus einem der aggressivsten Brustkrebsarten durch ein Additivherstellungssystem zu isolieren. Das Ziel der Isolierung dieser Zellen besteht darin, die Ermittlungen im Labor zu erleichtern und ein Medikament zu finden, das ausschließlich diese Zellen angreift und die gesunden Körperteile nicht schädigt. Dadurch wird verhindert, dass Patienten einen Rückfall erleiden.

Dr. Teresa Puig, eine der Forscher, die das Projekt leiteten, erklärte, dass diese Tumorzellen nach einer Chemotherapie oder Strahlentherapie im Körper verbleiben und für das Wiederauftreten der Krankheit verantwortlich sind. Laut Puig ist der untersuchte Krebs der dreifach negative Subtyp, der bei jungen Frauen auftritt und bei 20 oder 30 Prozent der Patienten innerhalb von drei bis vier Jahren zu Rückfällen führt.

„Ein Tumor besteht aus vielen Arten von Zellen, und dies sind die Zellen, die wir in geringen Anteilen haben. Daher ist es schwierig, diese Zellen innerhalb des Tumors zu lokalisieren. Dieses neue System ist sauberer, so dass wir später direkter mit diesen Arten von Zellen arbeiten können“, sagt Teresa Puig, Direktorin der Onkologie-Einheit der Gruppe für die Untersuchung neuer therapeutischer Ziele.

Um eine optimale dreidimensionale Zellkultur unterzubringen, bestand das Hauptziel darin, eine Gerüstarchitektur zu entwickeln, die eine hohe Proliferationsrate von Brustkrebszellen ermöglicht. Zu diesem Zweck wurden mehrere Werte der ausgewählten Parameter (Schichthöhe, Füllungsdichte, Füllmuster, Füllrichtung und Fließgeschwindigkeit) mit der Schnittsoftware BCN3D Cura getestet, um die optimalen Werte zu ermitteln und mit dem BCN3D-Sigma in 3D zu drucken. Mit der experimentellen Designmethode von Taguchi wurden 27 Gerüstkonfigurationen hergestellt und anschließend analysiert. Zur Durchführung der Charakterisierungs- und Zellproliferationsassays wurden mindestens zehn Kopien jeder Konfiguration gedruckt. Das Ziel der Studie war es herauszufinden, welche geometrische Form die Stammzellen am besten trennte, die Zellen die für die Entstehung der Rückfälle verantwortlichen waren.

Mikroskopische Charakterisierung von PLA-Gerüstkonfigurationen. Die Oberseite wurde unter einem optischen Mikroskop sichtbar gemacht und Bilder wurden zur Berechnung der Porenfläche und des Filamentdurchmessers verwendet.

„Diese Struktur ist ein Netz, das auf der Grundlage einer Reihe von Parametern wie Porositäten, Zwischenräumen und dem Abstand zwischen einem Element und einem anderen Element letztendlich die Fähigkeit der Zellen ermöglicht, an der Matrix zu haften oder nicht, zu wachsen und zu wachsen “sich selbst bereichern” können, wie unsere Kollegen sagen “, erklärt Joaquim de Ciurana, Direktor der Forschungsgruppe für das Engineering von Produkten, Prozessen und Produktion.

Vor dieser Untersuchung wurden diese Zellkulturen zweidimensional hergestellt, wodurch die Zellen nicht effektiv getrennt werden konnten. Daher konnten keine spezifischen Pharmazeutika hergestellt werden, um diese Zellen anzugreifen.

Optische Mikroskopbilder von Zellen, die an verschiedenen Gerüstkonfigurationen befestigt sind. Weiße Pfeile zeigen Zellen an, die an PLA-Filament haften.

Nachdem die Stammzellen dieses Subtyps von Brustkrebs isoliert worden sind, können die Forscher sie nun eingehender untersuchen, um die für die Tumore verantwortlichen Bioindikatoren zu finden, und sie können sie mit Medikamenten angreifen. „Wir wissen immer noch nicht, wie wir sie behandeln sollen, aber wir haben einen Weg gefunden, sie zu isolieren“, sagt Teresa Puig. Dieses biomedizinische Ingenieurprojekt, das unter Verwendung des 3D-Drucks erstellt wurde und als „ONCOen3D“ bekannt ist, hat es auch ermöglicht, die Kosten der herkömmlichen Analysemethode zu senken und somit die mit Krebszellen durchgeführten Experimente zu erhöhen.

Die Ergebnisse der Studie wurden in den Fachzeitschriften “International Journal of Molecular Sciences” und “Polymers” veröffentlicht und auf internationalen Kongressen präsentiert.