Pour guider le traitement du cancer, appareil teste rapidement les médicaments sur le tissu tumoral: Peu coûteux dispositif microfluidique 3-D-imprimé peut être utilisé pour personnaliser le traitement du cancer

Des chercheurs du MIT ont imprimé en 3D un nouveau dispositif microfluidique qui simule des traitements contre le cancer sur du tissu tumoral biopsié, afin que les cliniciens puissent mieux examiner comment les patients individuels réagiront à différents traitements - avant d'administrer une dose unique.

Aujourd'hui, les tests de traitements contre le cancer reposent principalement sur des essais et des erreurs; les patients peuvent subir plusieurs thérapies chronophages et difficiles à tolérer à la recherche d'une thérapie qui fonctionne. Les innovations récentes dans le développement pharmaceutique impliquent la croissance de tumeurs artificielles pour tester des médicaments sur des types de cancer spécifiques. Mais ces modèles mettent des semaines à se développer et ne tiennent pas compte de la composition biologique d'un patient individuel, qui peuvent affecter l'efficacité du traitement.

Des chercheurs du MIT ont imprimé en 3D un nouveau dispositif microfluidique qui simule des traitements contre le cancer sur du tissu tumoral biopsié – et maintient le tissu en vie pendant des jours – afin que les cliniciens puissent mieux examiner comment les patients individuels réagiront à différentes thérapies.

Avec l'aimable autorisation des chercheurs

Le dispositif des chercheurs, qui peut être imprimé en environ une heure, est une puce légèrement plus grande qu'un quart, avec trois "cheminées" cylindriques sortant de la surface. Ce sont des ports utilisés pour l'entrée et la vidange des fluides, ainsi que d'éliminer les bulles d'air indésirables. des fragments de tumeur biopsiées sont placés dans une chambre reliée à un réseau de canaux qui fournissent des fluides - contenant, par exemple, des agents d'immunothérapie ou de cellules immunitaires - au tissu. Les cliniciens peuvent utiliser différentes techniques d'imagerie pour voir comment le tissu répond aux médicaments.

Une caractéristique clé utilisait une nouvelle résine biocompatible - traditionnellement utilisé pour les applications dentaires - qui peuvent soutenir la survie à long terme du tissu biopsié. Bien que précédentes 3 D-imprimé microfluidique ont tenu promesse pour le dépistage des drogues, les produits chimiques dans leur résine tuent généralement les cellules rapidement. Les chercheurs ont capturé des images de microscopie à fluorescence qui montrent leur appareil, appelée plate-forme d'analyse de tumeurs (ROBINET), gardé plus de 90 % du tissu tumoral vivant depuis au moins 72 heures, et potentiellement beaucoup plus longtemps.

Parce que le dispositif imprimé en 3D est facile et peu coûteux à fabriquer, il pourrait être rapidement mis en œuvre en milieu clinique, les chercheurs disent. Les médecins pourraient, par exemple, imprimer un appareil multiplexé qui pourrait prendre en charge plusieurs échantillons de tumeurs en parallèle, pour permettre la modélisation des interactions entre les fragments de tumeur et de nombreux médicaments différents, simultanément, pour un seul patient.

"Les gens partout dans le monde pourraient imprimer notre design. Vous pouvez imaginer un avenir où votre médecin disposera d'une imprimante 3D et pourra imprimer les appareils au besoin,” dit Luis Fernando Velásquez-García, chercheur aux Microsystems Technology Laboratories et co-auteur d'un article décrivant le dispositif, qui paraît dans le numéro de décembre du Journal des systèmes microélectromécaniques. "Si quelqu'un a un cancer, vous pouvez prendre un peu de tissu dans notre appareil, et garder la tumeur en vie, pour exécuter plusieurs tests en parallèle et déterminer ce qui fonctionnerait le mieux avec la composition biologique du patient. Et ensuite mettre en œuvre ce traitement chez le patient.

Une application prometteuse teste l'immunothérapie, une nouvelle méthode de traitement utilisant certains médicaments pour stimuler le système immunitaire d'un patient afin de l'aider à combattre le cancer. (Le prix Nobel de physiologie ou de médecine de cette année a été décerné à deux chercheurs en immunothérapie qui ont conçu des médicaments qui empêchent certaines protéines d'empêcher le système immunitaire d'attaquer les cellules cancéreuses.) L’appareil des chercheurs pourrait aider les médecins à mieux identifier les traitements auxquels un individu est susceptible de répondre.

"Les traitements d'immunothérapie ont été spécifiquement développés pour cibler les marqueurs moléculaires présents à la surface des cellules cancéreuses. Cela permet de garantir que le traitement provoque une attaque directe sur le cancer tout en limitant les impacts négatifs sur les tissus sains.. toutefois, le cancer de chaque individu exprime un éventail unique de molécules de surface - en tant que tel, il peut être difficile de prédire qui répondra à quel traitement. Notre appareil utilise le tissu réel de la personne, est donc un ajustement parfait pour l'immunothérapie," dit le premier auteur Ashley Beckwith SM '18, chercheur diplômé dans le groupe de recherche de Velásquez-García.

Le co-auteur de l'article est Jeffrey T. Borenstein, un chercheur à Draper.

cellules de soutien

dispositifs microfluidiques sont traditionnellement fabriqués par micromoulage, en utilisant un matériau caoutchouteux appelé polydiméthylsiloxane (PDMS). cette technique, toutefois, ne convenait pas à la création du réseau tridimensionnel de caractéristiques - telles que des canaux de fluide soigneusement taille - qui imitent les traitements du cancer sur les cellules vivantes. Au lieu, les chercheurs se sont tournés vers l'impression 3D pour concevoir un dispositif présenté fin « monolithiquement » - ce qui signifie l'impression d'un objet en une seule fois, sans qu'il soit nécessaire d'assembler des pièces séparées.

Le cœur de l'appareil est sa résine. Après avoir expérimenté de nombreuses résines pendant plusieurs mois, les chercheurs ont enfin atterri sur Pro3dure GR-10, qui est principalement utilisé pour fabriquer des protège-dents qui protègent contre le grincement des dents. Le matériau est presque aussi transparent que le verre, n'a pratiquement aucun défaut de surface, et peut être imprimé en très haute résolution. Et, afin d'aider à garder mon propre séjour d'études autodirigé, comme les chercheurs l'ont déterminé, il n'a pas d'impact négatif sur la survie des cellules.

L'équipe a soumis la résine à un test de cytotoxicité de 96 heures, un test qui expose les cellules au matériau imprimé et mesure la toxicité de ce matériau pour les cellules. Après le 96 heures, les cellules du matériau donnaient encore des coups de pied. "Lorsque vous imprimez certains de ces autres matériaux en résine, ils émettent des produits chimiques qui perturbent les cellules et les tuent. Mais ça ne fait pas ça,Vélasquez-Garcia dit. "Au mieux de ma connaissance, il n'y a aucun autre matériau imprimable qui se rapproche de ce degré d'inertie. C'est comme si le matériel n'était pas là.

Poser des pièges

Deux autres innovations clés de l'appareil sont le « piège à bulles » et un « piège à tumeurs ». L'écoulement de fluides dans un tel appareil crée des bulles qui peuvent perturber l'expérience ou éclater, libérant de l'air qui détruit le tissu tumoral.

Pour réparer ça, les chercheurs ont créé un piège à bulles, une "cheminée" robuste s'élevant du canal de fluide dans un orifice fileté à travers lequel l'air s'échappe. Fluide - y compris divers médias, marqueurs fluorescents, ou lymphocytes - est injecté dans un orifice d'entrée adjacent au piège. Le fluide entre par l'orifice d'entrée et s'écoule devant le piège, où toutes les bulles dans le fluide montent à travers l'orifice fileté et sortent de l'appareil. Le fluide est ensuite acheminé autour d'un petit demi-tour dans la chambre de la tumeur, où il s'écoule à travers et autour du fragment de tumeur.

Cette chambre de piégeage des tumeurs se trouve à l'intersection du plus grand canal d'entrée et de quatre petits canaux de sortie. Fragments de tumeur, moins que 1 millimètre de diamètre, sont injectés dans le canal d'admission via le piège à bulles, qui aide à éliminer les bulles introduites lors du chargement. Lorsque le fluide s'écoule à travers l'appareil à partir de l'orifice d'entrée, la tumeur est guidée en aval du piège tumoral, où le fragment se coince. Le fluide continue de circuler le long des canaux de sortie, qui sont trop petits pour que la tumeur rentre à l'intérieur, et s'écoule hors de l'appareil. Un flux continu de fluides maintient le fragment tumoral en place et reconstitue constamment les nutriments pour les cellules.

"Parce que notre appareil est imprimé en 3D, nous avons pu faire les géométries que nous voulions, dans les matériaux que nous voulions, pour atteindre les performances que nous voulions, au lieu de faire des compromis entre ce qui a été conçu et ce qui pourrait être mis en œuvre - ce qui se produit généralement lors de l'utilisation de la microfabrication standard,Vélasquez-Garcia dit. Il ajoute que l'impression 3D pourrait bientôt devenir la technique de fabrication courante pour la microfluidique et d'autres microsystèmes qui nécessitent des conceptions complexes..

Dans cette expérience, les chercheurs ont montré qu'ils pouvaient maintenir un fragment de tumeur en vie et surveiller la viabilité des tissus en temps réel avec des marqueurs fluorescents qui font briller les tissus. Suivant, les chercheurs visent à tester comment les fragments de tumeur répondent à de véritables thérapeutiques.

"Le PDMS traditionnel ne peut pas créer les structures dont vous avez besoin pour cet environnement in vitro qui peut maintenir les fragments de tumeur en vie pendant une période de temps considérable,” dit Roger Howe, professeur de génie électrique à l'Université de Stanford, qui n'a pas été impliqué dans la recherche. « Que vous pouvez maintenant faire des chambres fluidiques très complexes qui permettront des environnements plus réalistes pour tester divers médicaments sur les tumeurs rapidement, et potentiellement dans les milieux cliniques, est une contribution majeure « .

Howe a également salué les chercheurs pour faire le travail sur le terrain pour trouver la résine droite et la conception des autres pour construire sur. « Ils devraient être crédités pour mettre cette information là ... parce que [précédemment] il n'y avait pas le savoir si vous aviez des matériaux ou la technologie d'impression pour rendre cela possible," il dit. Maintenant, «c'est une technologie démocratisée. »

La source: http://news.mit.edu, par Rob Matheson