Nella nostra lotta contro il cancro, è fondamentale sviluppare modelli più sofisticati e realistici per studiare la formazione dei tumori. I modelli animali non consentono il monitoraggio in tempo reale e i metodi tradizionali di coltura cellulare non riproducono le complesse interazioni dei fattori coinvolti nello sviluppo del tumore.
Anche i modelli più recenti e avanzati per lo studio del cancro, come gli organoidi - versioni minuscole di organi coltivati in laboratorio - non riproducono fedelmente il comportamento cellulare o l’architettura dei tessuti osservati nei tumori reali.
Questa lacuna ci impedisce di comprendere i complessi processi alla base della formazione e della progressione dei tumori e la loro risposta al trattamento. Sono quindi necessari modelli più sofisticati per riprodurre accuratamente la complessità dei tumori.
Combinando tecniche di microfabbricazione e di ingegneria tissutale, gli scienziati hanno sviluppato un nuovo modello di tessuto del colon in miniatura in grado di simulare fedelmente il complesso processo di tumorigenesi al di fuori dell’organismo. Questo importante progresso scientifico consente di ottenere tumori molto simili a quelli presenti in vivo.
Pubblicata di recente sulla rivista Nature, questa scoperta è stata realizzata da Luis Francisco Lorenzo Martín, Tania Hübscher e altri membri del team di Matthias Lütolf all’EPFL. Ha coinvolto anche il team di Freddy Radtke (EPFL) e i colleghi dell’Istituto di biologia umana di Roche.
I colon in miniatura sono complessi dal punto di vista topobiologico. Ciò significa che riproducono non solo la struttura fisica del tessuto del colon - un lume a forma di tubo con cripte caratteristiche - ma anche la diversità cellulare osservata in vivo sia in condizioni sane che patologiche.
Optogenetica: "attivare" il cancro
Un’altra caratteristica importante dei colon in miniatura è che possono essere indotti a sviluppare tumori "a volontà" e in aree mirate: un vantaggio considerevole per la ricerca sul cancro. I ricercatori sono riusciti ad attivare gli oncogeni inducibili utilizzando la "optogenetica". Questa tecnica all’avanguardia utilizza la luce per controllare processi biologici come l’espressione genica.Integrando un sistema sensibile alla luce blu nel colon in miniatura, i ricercatori hanno potuto sottoporlo a mutazioni oncogeniche controllate, consentendo di seguire lo sviluppo del tumore con un dettaglio senza precedenti. Questo approccio optogenetico ha permesso agli scienziati di indurre cambiamenti mirati in popolazioni cellulari specifiche all’interno del colon in miniatura, riproducendo così la comparsa localizzata del cancro del colon-retto nell’organismo.
"Abbiamo usato la luce per innescare la tumorigenesi attivando mutazioni in fattori oncogeni in modo spazio-temporale in organoidi epiteliali del colon sani e bioingegnerizzati", spiega Matthias Lütolf, che è anche il direttore fondatore del nuovo Istituto di Biologia Umana di Roche. Questo permette di osservare la formazione del tumore in tempo reale e di effettuare analisi molto dettagliate di un processo che è molto difficile da studiare nei topi".
La capacità di innescare questi cambiamenti genetici utilizzando la luce in tessuti di colon in miniatura non solo consente un’attivazione più precisa e controllata degli oncogeni, ma fornisce anche uno strumento efficace per studiare i processi dinamici dello sviluppo del tumore e la risposta cellulare a queste mutazioni in tempo reale. Questo uso innovativo dell’optogenetica apre nuove strade per svelare i meccanismi molecolari e cellulari del cancro.
Manipolando le condizioni genetiche e ambientali, i ricercatori sono stati in grado di riprodurre e osservare vari comportamenti tumorali nel colon in miniatura. Sono stati anche in grado di identificare i fattori chiave che influenzano la progressione del cancro, ad esempio l’associazione della proteina GPX2 con le caratteristiche delle cellule staminali e la crescita del tumore.
Questa ricerca rivoluzionaria offre un nuovo strumento per esplorare i meccanismi alla base del cancro del colon-retto e testare potenziali terapie, in particolare se applicata a tessuti di pazienti umani. La capacità dei colon in miniatura di imitare lo sviluppo dei tumori può ridurre l’uso di modelli animali, accelerando così la scoperta e lo sviluppo di nuovi trattamenti.
Lega svizzera contro il cancro
Salute personalizzata e tecnologie correlate (PHRT)
EPFL
Referenze
L. Francisco Lorenzo-Martín, Tania Hubscher, Amber D. Bowler, Nicolas Broguiere, Jakob Langer, Lucie Tillard, Mikhail Nikolaev, Freddy Radtke, Matthias P. Lutolf. Oncogenesi colorettale risolta spazio-temporalmente in mini-coloni ex vivo. Nature 24 aprile 2024. DOI: 10.1038/s41586’024 -07330-2Sviluppo di un tumore in un mini-colon. Credito: L. F. Lorenzo-Martín (EPFL)
