3D-geprint tumormodel laat interactie met immuuncellen zien

Rond een glioblastoom, een zeer agressieve hersentumor, gaan de cellen van ons immuunsysteem de tumor niet aanvallen maar zelfs een handje helpen. Om onderzoek te kunnen doen naar de interactie van deze cellen, hebben onderzoekers van de Universiteit Twente een 3D-biogeprint minimodel van het brein ontwikkeld. Vergeleken met bestaande labmodellen, 2D-plakjes, geeft het nieuwe model resultaten die patiëntdata veel beter benaderen. Daarmee is het een goed hulpmiddel om ‘in vitro’ het effect van medicijnen te testen én het aantal dierproeven terug te dringen. Het onderzoek is gepubliceerd in ‘Advanced Materials’.

Immuuntherapie, die ons eigen immuunsysteem stimuleert om in het geweer te komen tegen kanker of andere ziekten, krijgt op dit moment veel aandacht, getuige ook de Nobelprijs voor de Geneeskunde in 2018. Toch doet dat immuunsysteem soms  precies wat je níet verwacht: immuuncellen ontwikkelen zich dan tot handlangers van een tumor. Dit is bijvoorbeeld het geval bij de cellen rond een glioblastoom, een kwaadaardige hersentumor met een slechte prognose. De cellen die macrofagen heten, gaan de tumor niet aanvallen maar infiltreren, zodat de tumor zich nog beter kan verspreiden. Dankzij het nieuw ontwikkelde 3D model, niet groter dan een paar millimeter in doorsnee, is dit mechanisme beter te bestuderen dan met 2D ‘plakjes’ of met dierproeven: de resultaten laten goede overeenkomst zien met de metingen bij patiënten.

Dankzij de snelle ontwikkelingen in 3D-bioprinting, hebben de UT-onderzoekers een miniatuur breinmodel kunnen creeëren bestaand uit het tere weefsel rondom de tumor, inclusief de macrofagen. Tijdens het printen is een holte vrijgehouden voor de tumorcellen. Voor het onderzoek kan de tumor ook weer verwijderd worden, om vast te stellen wat er dan met de omliggende cellen gebeurt. Het huidige model is zeker nog geen miniatuur weergave van een werkend brein: het heeft geen zenuwcellen of bloedvaten. Dat zou het erg complex maken om de cel-interactie te bestuderen. Wel biedt de technologie de mogelijkheid om, stap voor stap, celtypen toe te voegen. In het huidige model heeft de glioblastoom een redelijk geïsoleerde positie, in werkelijkheid zal de tumor zich ‘als een octopus’ verspreiden, wat opereren vaak onmogelijk maakt.

Toch is de basis ‘tumor microenvironment’ (TME) die nu is ontwikkeld, al een waardevolle bron van informatie, benadrukt onderzoeker Marcel Heinrich: “Voor een aantal tumormarkers zien we waarden die 1000 keer hoger liggen dan we hebben kunnen meten in 2D studies. Dit benadert veel beter wat we in werkelijkheid zien.” Dit heeft duidelijk invloed op de te kiezen medicatie: in het verleden leek een medicijn al eens succesvol in proefdieren én in plakjes weefsel in het lab, maar dit werd niet bevestigd door klinische trials. Het 3D-model laat nu bijvoorbeeld zien dat een veel hogere dosering gekozen had moeten worden. Een van de grootste uitdagingen is: zijn de macrofagen weer zodanig te ‘programmeren’ dat ze hun eigenlijke functie weer oppakken, het aanvallen van tumor cellen.

De veelbelovende resultaten met een relatief eenvoudige tumor omgeving geven aan dat de techniek ook voor andere tumoren is te gebruiken. Een groot voordeel van dit 3D-model is dat er veel minder dierproeven nodig zullen zijn.