Nieuw 3D-kweekmodel om effect protontherapie op agressieve hersentumor te onderzoeken
Onderzoekers van de TU Delft hebben een nieuwe 3D-nanostructuur ontworpen geïnspireerd op het bloedvatenstelsel in de hersenen. De nanostructuren werden in kweek gebracht met zowel glioblastoomcellen, een agressieve hersentumor, als endotheelcellen, de bouwstenen van bloedvaten. Met dit model konden onderzoekers het effect van protonentherapie op glioblastoom bestuderen, wat een mogelijke beschermende rol van endotheelcellen op glioblastoomcellen aan het licht bracht.
"Tumoren worden meestal bestudeerd in 2D-omgevingen, zoals petrischalen, of via dierproeven. Omdat deze modellen mijlenver uit elkaar liggen, is het erg moeilijk om bevindingen uit 2D-modellen te vertalen naar de menselijke context", zegt Angelo Accardo, universitair docent bij de afdeling Precision and Microsystems Engineering. "Bovendien zijn er duidelijke ethische bezwaren tegen het gebruik van proefdieren." Accardo wil een brug slaan tussen in vitro (cellen) en in vivo (levende organismen) modellen. Samen met promovendus Qais Akolawala en medewerkers van Holland Proton Therapy Center (HollandPTC) en het LUMC ontwikkelde Accardo 3D-nanostructuren die lijken op de architectuur van bloedvaten in onze hersenen. Dit nieuwe model draagt bij aan een beter begrip van hoe protonentherapie glioblastoom beïnvloedt.
Nevenschade beperken
Het is aangetoond dat cellen reageren op hun externe omgeving, en specifiek op de vorm van hun omgeving. "Om een biologisch relevant model te creëren, moeten onze 3D-nanostructuren de natuurlijke omgeving zoveel mogelijk nabootsen. Aangezien glioblastoom zich rond bloedvaten in de hersenen groepeert en verspreidt, hebben we kleine bloedvaten en krommingen in het model aangebracht", legt Akolawala uit. Het model werd gemaakt met de micro-productietechnologie two-photon polymerization. Eerst kweekten de onderzoekers endotheelcellen op de gefabriceerde nanostructuren, gevolgd door menselijke glioblastoomcellen.
A. (Angelo) Accardo
Glioblastoom is een zeer agressieve vorm van kanker met een slechte prognose. Terwijl chirurgie, chemotherapie en bestraling de huidige standaard blijven, is protonentherapie een aantrekkelijk alternatief omdat protonen tumorcellen kunnen doden zonder het omliggende gezonde weefsel te beschadigen. Accardo: "Dit komt doordat protonen hun energie, die celschade veroorzaakt, op een specifiek punt in het lichaam van de patiënt kunnen afgeven." Omdat protontherapie een relatief nieuwe techniek is in vergelijking met röntgenstraling, is er behoefte aan meer kennis van de proton-cel-interactie binnen een fysiologisch relevante micro-omgeving, en over hoeveel schade de therapie tumorcellen daadwerkelijk aanbrengt.
Benchmark voor protonradiobiologie
Het nieuwe 3D-model kan hieraan bijdragen. "We zagen dat de DNA-schade veroorzaakt door protonen aan glioblastoomcellen in ons 3D-model veel meer lijkt op de schade gezien in in vivo modellen vergeleken met 2D-modellen", zegt Accardo. Bovendien hadden glioblastoomcellen gekweekt met endotheelcellen minder DNA-schade dan het model met alleen glioblastoomcellen, wat erop wijst dat endotheelcellen een rol spelen in de resistentie van glioblastoomcellen tegen straling. "We vermoeden dat endotheelcellen een beschermende rol hebben op glioblastoomcellen via een biochemische interactie of dat endotheelcellen het agressiviteitsniveau van glioblastoom beïnvloeden", aldus Accardo.
Het onderzoek, gepubliceerd in Advanced Healthcare Materials, toonde aan dat het 3D-model fysiologisch relevant en reproduceerbaar is. "Onze volgende stap is om onze methode uit te breiden met cellen afkomstig van patiënten en om andere vormen van protonenbestraling te testen." Accardo's uiteindelijke doel is om dit 3D-model te gebruiken om de reactie van patiëntcellen op bestraling te onderzoeken en zo de weg vrij te maken voor gepersonaliseerde behandelingsstrategieën.