Modelli di cancro gastrico bioprinted in 3D predicono la risposta alla chemioterapia con elevata accuratezza

Il cancro gastrico (GC) è il quinto tumore più comune al mondo e una delle principali cause di morte correlata al cancro. Una delle principali sfide cliniche è che il 68,3% dei casi avanzati sviluppa resistenza alla chemioterapia a base di platino entro 12 mesi, fenomeno in gran parte determinato da una profonda eterogeneità inter- e intra-tumorale. I modelli preclinici esistenti — le tradizionali colture cellulari 2D, gli organoidi derivati dal paziente (PDO) e gli xenotrapianti derivati dal paziente (PDX) — presentano ciascuno limiti significativi: le colture 2D non riproducono la complessità della matrice extracellulare (ECM), i PDO risentono della variabilità tra lotti di Matrigel e delle incongruenze nella dispensazione manuale, mentre i modelli PDX sono costosi, richiedono tempi lunghi e necessitano di topi immunocompromessi. Questo studio ha cercato di superare tali ostacoli mediante la biostampa 3D basata su fotopolimerizzazione di cellule GC derivate dal paziente.

Il gruppo di ricerca ha raccolto tessuto chirurgico da 40 pazienti affetti da GC sottoposti a gastrectomia e ha costruito con successo modelli 3DP-GC in 33 casi, raggiungendo un tasso di successo complessivo dell'82,5%. La formulazione del bioinchiostro è stata ottimizzata attraverso test reologici sistematici su diversi sistemi idrogelici, individuando come soluzione ottimale la combinazione di GelMA al 6,25% con HAMA allo 0,5%. Questa combinazione ha dimostrato un comportamento di assottigliamento al taglio superiore (con viscosità decrescente all'aumentare della velocità di taglio da 0,1 a 100 s⁻¹), moduli di conservazione e di perdita appropriati, e un recupero elastico migliorato rispetto ai sistemi con solo GelMA. La microscopia elettronica a scansione criogenica ha confermato la presenza di una rete porosa densamente interconnessa all'interno dell'architettura idrogelica, che fornisce la superficie e i canali per il trasporto di nutrienti necessari alla proliferazione tumorale sostenuta.

Entro il giorno 10 dalla stampa, la microscopia in campo chiaro ha rivelato che i modelli 3DP-GC riproducevano i sottotipi istologici: i tumori di tipo intestinale formavano strutture ghiandolari simili a gemme con caratteristiche mucinose, mentre i tumori di tipo diffuso crescevano come cellule isolate o aggregati debolmente coesivi privi di lume ghiandolare — rispecchiando fedelmente la patologia in vivo. Le analisi istopatologiche e genomiche hanno confermato che i modelli preservavano l'abbondanza di espressione dei biomarcatori del tumore parentale e i profili mutazionali caratteristici, validandone la fedeltà come surrogati preclinici.

I test di sensibilità ai farmaci sono stati condotti utilizzando i regimi chemioterapici clinici standard per il GC. È stata eseguita un'analisi retrospettiva su 12 pazienti che avevano ricevuto chemioterapia neoadiuvante (NAC) prima dell'intervento chirurgico, confrontando le risposte farmacologiche del modello 3DP-GC con gli esiti clinici documentati. Inoltre, 8 pazienti sottoposti a chemioterapia adiuvante (AC) dopo l'intervento sono stati seguiti prospetticamente. È stata osservata una correlazione significativa tra la sensibilità ai farmaci rilevata sulla piattaforma 3DP-GC e l'efficacia clinica effettiva della chemioterapia nei pazienti corrispondenti. La vitalità cellulare si è mantenuta al di sopra dell'85% per tutto il periodo di coltura, consentendo uno screening multi-farmaco affidabile nell'arco di circa una settimana.

I vantaggi pratici della piattaforma 3DP-GC sono considerevoli. La biostampa automatizzata assistita da computer ha eliminato la variabilità manuale tra lotti che affligge gli approcci con PDO, mentre un tempo di risposta di circa una settimana e costi per campione più contenuti rendono questa piattaforma concretamente applicabile alle decisioni cliniche nella pratica reale. Gli autori propongono che questo sistema potrebbe guidare lo screening farmacologico ad alto rendimento e la selezione personalizzata del trattamento per i pazienti affetti da GC prima dell'avvio della terapia sistemica. I principali limiti includono la natura retrospettiva dell'analisi NAC, la dimensione modesta della coorte di pazienti (n=33) e il periodo di follow-up relativamente breve; saranno pertanto necessari trial prospettici su larga scala per stabilire definitivamente l'utilità clinica di questa piattaforma.