Das biomedizinische Forschungsteam von Akay Lab an der University of Houston berichtet über eine Verbesserung eines zuvor in ihrem Labor entwickelten mikrofluidischen Gehirnkrebschips. Der neue Chip ermöglicht eine mehrfache gleichzeitige Verabreichung von Medikamenten und eine umfassende parallele Prüfung des Ansprechens auf Medikamente bei Patienten mit Glioblastom (GBM), dem häufigsten bösartigen Hirntumor, der 50 % aller Fälle ausmacht. GBM-Patienten haben eine 5-Jahres-Überlebensrate von nur 5.6%.
"Der neue Chip erzeugt Tumor-Sphäroide oder -Cluster und liefert groß angelegte Bewertungen der Reaktion dieser GBM-Tumorzellen auf verschiedene Konzentrationen und Kombinationen von Medikamenten. Diese Plattform könnte die Verwendung seltener Tumorproben optimieren, die daraus gewonnen werden GBM-Patienten wertvolle Einblicke in das Tumorwachstum und das Ansprechen auf medikamentöse Therapien geben“, berichtet Metin Akay, John S. Dunn-Stiftungsprofessor für Biomedizinische Technik und Abteilungsleiter. Das Papier wird in der Eröffnungsausgabe des Open Journal of Engineering in Medicine and Biology der IEEE Engineering in Medicine & Biology Society veröffentlicht.
Die Fähigkeit, die Wirksamkeit eines Krebsmedikaments schnell zu beurteilen, wäre eine bemerkenswerte Verbesserung gegenüber typischen Krebsprotokollen, bei denen Chemotherapeutika verabreicht, dann mehrere Monate lang getestet und ein Patient auf ein anderes Medikament umgestellt wird, wenn das erste unwirksam ist. Das neue Gerät kann die optimale Wirkstoffkombination in nur zwei Wochen bestimmen."Wenn wir dem Arzt sagen können, dass der Patient eine Kombination von Medikamenten und die genauen Anteile von jedem benötigt, ist dies Präzisionsmedizin."
Akays Team entnimmt ein Stück einer Tumorbiopsie, kultiviert es und steckt es in den Chip. Dann fügen sie den Mikroventilen des Chips Chemotherapeutika hinzu, um die beste Medikamentenkombination und den spezifischen Anteil zu bestimmen, der die meisten Tumorzellen abtötet.
Das Team kultivierte 3D-Tumor-Sphäroide oder -Cluster aus GBM-Zelllinien sowie von Patienten stammende GBM-Zellen in vitro und untersuchte die Wirkung der Kombination von Temozolomid und einem Kernfaktor-κB-Inhibitor auf das Tumorwachstum.
"Unsere Studie ergab, dass diese Medikamente synergistische Wirkungen bei der Hemmung der Sphäroidbildung haben, wenn sie in Kombination verwendet werden, und legt nahe, dass dieser Hirntumorchip ein groß angelegtes, kostengünstiges und probenwirksames Medikamentenscreening für 3D-Krebstumoren in vitro ermöglicht. Darüber hinaus könnte diese Plattform auf verwandte Screening-Studien zur Gewebezüchtung angewendet werden", sagte Assistenzprofessorin Yasmine Akay. Zu ihrem Team gesellen sich die wissenschaftliche Assistenzprofessorin Naze Gul Avci und die Postdoktorandin Hui Xia. Die Gewebeproben wurden vom Projektmitarbeiter Jay-Jiguang Zhu, MD, Direktor, Neuroonkologie, McGovern Medical School bei UT He alth, zur Verfügung gestellt.
Um jeglichen Probenverlust in vitro zu minimieren, verbesserte das Team sein bestehendes Hirntumor-Chipsystem, indem es eine zusätzliche Laminar-Flow-Verteilungsschicht hinzufügte, die den Probenverlust während der Zellaussaat reduziert und das Entweichen von Sphäroiden verhindert. Dadurch können sich die Sphäroide gleichmäßig auf dem gesamten Chip bilden, um konsistente Drogentests zwischen jedem Sphäroid zu ermöglichen.
