Nuevas posibilidades en la investigación del cáncer gracias a las simulaciones 3D

Investigadores de la USC crean modelos tridimensionales dentro de fibras de hidrogel que reproducen las condiciones reales de un tumor.

Los investigadores de la USC Juan Manuel Ruso Veiras y Ramón Rial han desarrollado una plataforma microfluídica multifásica que permite la fabricación de modelos tridimensionales de cáncer dentro de fibras de hidrogel con un nivel de control y reproducción sin precedentes. Este sistema reproduce con gran fidelidad las condiciones de un tumor real, es decir, las presiones internas, la disponibilidad de nutrientes y el contacto entre las células malignas y las células circundantes, en una única fibra estable, además de facilitar enormemente la manipulación experimental. El estudio, realizado en colaboración con la Universidad de Minho y titulado «Ingeniería precisa de hidrogel multifásica de arquitecturas de cáncer 3D miniaturizadas mediante microfluídica informada computacionalmente», acaba de publicarse en la revista Matter.

 

Los investigadores aprovecharon la capacidad de la microfluídica para manipular simultáneamente tres fases: líquido, gel y gas; de modo que, mediante la inyección de diferentes combinaciones, "logramos generar fibras continuas con burbujas de aire incorporadas en su matriz interna o con un núcleo líquido continuo, según las necesidades de cada modelo". Antes de las pruebas experimentales, realizaron simulaciones de dinámica de fluidos computacional que les permitieron predecir la morfología final de las fibras, el tamaño y la distribución de las burbujas, o el espesor del núcleo líquido, en función de los caudales y las propiedades de los materiales utilizados. De esta forma, redujeron drásticamente el número de iteraciones in vitro y aceleraron el proceso de optimización, pudiendo anticipar los resultados con antelación "sin tener que desperdiciar ni una gota de reactivo ni entrar en el laboratorio", explica el equipo de investigación, también formado por Carlos F. Guimaraes, Luca Gasperini, Alexandra Brito, Rui R. Costa y Rui L. Reis.

 

Estrés sólido

Para formular los hidrogeles, se utilizaron polímeros naturales biocompatibles: alginato de sodio y ácido hialurónico en el núcleo, que proporciona un medio nutritivo adecuado para las células, y goma gellan en la envoltura sólida de las fibras, que modula las composiciones para controlar la rigidez y el estrés mecánico de las estructuras. De esta forma, se lograron recrear diferentes condiciones de rigidez o estrés sólido similares a las observadas en tejidos tumorales. "Así, en el modelo esferoide, las burbujas de aire atrapadas dentro del hidrogel generan bolsas de líquido donde las células de glioblastoma se agregan y proliferan, formando esferoides de tamaño ajustable", explican. Estas esferas crecen en condiciones de estrés sólido comparables a las que experimentan las células tumorales in vivo, «lo que nos permite estudiar cómo la mecanotransducción influye en la resistencia a quimioterapias como la doxorrubicina». Por otro lado, en el modelo de fibroma, el flujo de ácido hialurónico forma un núcleo continuo seguido de la gelificación de la goma gellan a su alrededor, "de modo que obtenemos fibras de diámetro uniforme donde las células cancerosas (glioblastoma) se alojan en el núcleo y las sanas (astrocitos) en la capa externa".

De esta forma, lograron reproducir la interacción directa entre el tumor y el estroma en un entorno espacialmente estructurado, eliminando manipulaciones adicionales y favoreciendo las comunicaciones paracrinas y el contacto directo entre ambas poblaciones celulares.

 

Más información e imagen: https://www.usc.gal/es

 

 

 

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