על איבר-על-שבב חוקרים יכולים כעת לחקור כיצד גידולים גדלים ומקיימים אינטראקציה עם הסביבה שלהם. השבב, צלחת קטנה שבה גדלים תאים סרטניים, עצבים וכלי דם, פותח על ידי חוקרים מאוניברסיטת לינקופינג, שבדיה, בשיתוף עמיתים בפוליטקניקו די מילאנו באיטליה. זה מתואר במאמר שפורסם בכתב העת Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
גידול מורכב מיותר מסתם תאי סרטן. בגוף, גידולים מוצקים גדלים באינטראקציה הדוקה עם כלי דם, עצבים והרקמות שמסביב. כדי לשכפל תפקודי איברים בסיסיים מחוץ לגוף משתמשים בטכנולוגיה המכונה איבר-על-שבב. חוקרים פיתחו כעת מודל כזה של סרטן הראש והצוואר והוכיחו שהקונספט עובד. המערכת כולה מתאימה לצלחת בערך בגודל של בול דואר.
המודל מאפשר לחוקרים לחקור אינטראקציות מורכבות בתנאים מבוקרים מאוד.
"במקום צורך לבצע מחקר על בעלי חיים או לבדוק תרופות פוטנציאליות בבני אדם, אנחנו רוצים להיות מסוגלים לבצע בדיקות במיקרו-מערכת אחת במעבדה. אם אנחנו רוצים להבין מדוע גידול גדל, מתפשט, גורם לכאב או מתנגד לטיפול, אנחנו צריכים מודלים שיכולים לשכפל את האינטראקציות בין הגידול לסביבתו", אומר Pierfrancesco Pagella, שהוביל את המחקר בכיר באוניברסיטת Linköping.
כדי לשכפל אינטראקציות בגוף, החוקרים פיתחו את המודל בשלושה שלבים. בגוף, תאים שקועים ברשת של חלבונים ופחמימות המכונה המטריצה החוץ-תאית, או ECM. החוקרים פיתחו חומר שנועד לחקות את ה-ECM, המבוסס על חומצה היאלורונית, קולגן ולמינינים, כולם חומרים שהם מרכיב מפתח ב-ECM של הגוף. הם מצאו שהרכב ECM שינה באופן קיצוני את התנהגותם של תאים סרטניים והשפיע על תגובתם לכימותרפיה, מה שמעיד על כך שהבחירה ב-ECM היא גורם חשוב במודלים המנסים לחקות מחלות אנושיות.
לאחר מכן הוסיפו החוקרים מבנים דמויי כלי דם לאיבר-על-שבב שלהם. כלי דם חשובים לצמיחת הגידול מכיוון שהם מספקים לתאים חמצן וחומרי הזנה. הם גם המסלול הנפוץ ביותר שבו גידולים מתפשטים לחלקים אחרים בגוף. בנוסף, תרופות אנטי סרטניות מועברות לגידולים דרך זרם הדם.
ראינו שהתאים הסרטניים הגיבו לכלי הדם הסמוך, נעו במהירות לעברו ופלשו אליו, שזה השלב הראשון בהתפשטות הגידול. עם זאת, התאים התנהגו בצורה שונה מאוד בהתאם לחומר הסובב אותם".
Pierfrancesco Pagella, פרופסור חבר בכיר, אוניברסיטת לינקופינג
החוקרים השתמשו אז במבנה כלי הדם על השבב כדי לתת ציספלטין, תרופה הנפוצה לטיפול בסוג זה של סרטן. גם כאן, לסוג חומר ה-ECM הייתה השפעה על מידת היעילות של ציספלטין הרג את תאי הסרטן.
להשלמת מודל האיבר-על-שבב, החוקרים השתמשו בתאי גזע כדי ליצור מחדש גרעיני טריגמינליים, נקודת המוצא של העצבים המעורבים בתחושה ובכאב בפה ובכל הפנים. תוך מספר ימים העצבים צמחו סביב הגידולים.
"במערכת התלת מימדית שלנו ראינו שגידולים במגע עם עצבים נוטים פחות לפלוש לכלי דם, אבל במקביל גדלו. המודל שלנו מאפשר לנו לחקור עצבים כמרכיב פעיל במיקרו-סביבה של הגידול. זה מעניין במיוחד בסרטן הראש והצוואר, שבו עצבים מעורבים הן בוויסות התנהגות הגידול והן באגרסיביות של גידולים", אומר פיירלה-פרנקו, והן בסרטן.
החוקרים שמאחורי המחקר מאמינים שניתן להתאים את מודל האיבר-על-שבב שלהם לסוגי גידולים מוצקים אחרים שבהם אינטראקציות עם מבנים ורקמות מסביב חשובות. מלבד תמיכה במחקרים שמגבירים את ההבנה שלנו לגבי האופן שבו הסרטן מתנהג ומושפע מסביבתו, השיטה עשויה בסופו של דבר להוכיח שימוש ליישומים כמו בדיקת תרופות ובדיקת תגובה לטיפול.
המחקר קיבל מימון, בין היתר, ממועצת המחקר השוודית, קרן קנוט ואליס ולנברג, מועצת המחקר האירופית (ERC) והקרן השוודית למחקר אסטרטגי (SSF). טכנולוגיית האיבר-על-שבב פותחה בשיתוף פעולה עם מעבדת MiMic ב-Politecnico di Milano, בהובלת פרופסור מרקו רספוני, יו"ר האגודה האירופית לאיברים-על-שבב.
