Onderzoekers van het Sylvester Comprehensive Cancer Center en de University of Miami hebben een geavanceerd tumor-op-een-chip-model ontwikkeld waarmee zij in real-time kunnen volgen hoe alvleesklierkanker het eigen afweersysteem van het lichaam manipuleert. De technologie maakt zichtbaar hoe tumorcellen immuuncellen inzetten om een beschermende omgeving op te bouwen, waardoor behandelingen minder effectief worden. De resultaten bieden volgens de onderzoekers nieuwe aangrijpingspunten om de afweermechanismen van de tumor te doorbreken en bestaande therapieën effectiever te maken.
Alvleesklierkanker behoort tot de meest dodelijke vormen van kanker. Een belangrijke oorzaak is dat de tumor wordt omgeven door een dicht netwerk van ondersteunende cellen en bindweefsel dat geneesmiddelen en immuuncellen grotendeels buiten de deur houdt. Tot nu toe was het lastig om te onderzoeken hoe deze complexe tumoromgeving zich ontwikkelt en hoe de verschillende celtypen elkaar beïnvloeden.
Levend model van de tumoromgeving
Om die interacties beter te begrijpen ontwikkelden de onderzoekers een microfluïdisch tumor-op-een-chip-platform. Het systeem, ongeveer zo groot als een handzaam apparaat, bootst de driedimensionale structuur van een alvleeskliertumor na. Tegelijkertijd kunnen immuuncellen door het model bewegen, waardoor de omstandigheden sterk lijken op die in het menselijk lichaam. Volgens de onderzoekers vormt dit een belangrijke stap vooruit ten opzichte van traditionele laboratoriummodellen. Tweedimensionale celkweken missen de complexe structuur van echte tumoren, terwijl diermodellen het moeilijk maken om afzonderlijke interacties tussen cellen nauwkeurig te volgen.
Met het nieuwe platform konden wetenschappers voor het eerst niet alleen zien welke cellen aanwezig zijn, maar ook hoe zij voortdurend met elkaar communiceren en hoe de tumoromgeving zich in de loop van de tijd aanpast.
Immuuncellen helpen de tumor groeien
Het onderzoek laat zien dat een specifieke groep immuuncellen, de zogenoemde myeloid-derived suppressor cells, een onverwachte rol speelt bij de groei van alvleesklierkanker. In plaats van tumorcellen aan te vallen, blijken deze immuuncellen de tumor juist te ondersteunen. In het model zetten zij zogenoemde fibroblasten aan tot een ontstekingsbevorderende toestand. Deze fibroblasten produceren vervolgens signaalstoffen die de afweerreactie verder onderdrukken en tegelijkertijd de groei van de tumor stimuleren. Hierdoor ontstaat een zichzelf versterkende cyclus waarin immuuncellen en ondersteunende cellen elkaar blijven activeren.
Daarnaast ontdekten de onderzoekers een eerder onderbelichte populatie fibroblasten die als een soort reservemacht fungeert. Onder invloed van signalen uit het immuunsysteem kunnen deze voorlopercellen snel veranderen in ontstekingsbevorderende fibroblasten die de tumor verder beschermen. Volgens de onderzoekers biedt juist dit omslagpunt een nieuw therapeutisch aangrijpingspunt.
Nieuwe behandelstrategiën
De bevindingen laten zien dat de tumoromgeving geen statisch geheel is, maar zich voortdurend aanpast aan veranderingen in het immuunsysteem. Dat betekent dat succesvolle behandeling zich mogelijk niet alleen moet richten op het vernietigen van tumorcellen, maar ook op het doorbreken van de communicatie tussen immuuncellen en de ondersteunende tumoromgeving. Door de signalen die ontsteking en immuunonderdrukking veroorzaken te blokkeren, hopen onderzoekers de beschermende barrière rond de tumor te verzwakken. Hierdoor zouden bestaande behandelingen beter kunnen doordringen en effectiever kunnen worden.
Hoewel het huidige onderzoek zich richt op alvleesklierkanker, zien de onderzoekers bredere toepassingen voor het tumor-op-een-chip-platform. De technologie kan ook worden ingezet om andere vormen van kanker en chronische ontstekingsziekten te bestuderen. Door ziekteprocessen in een levende, dynamische omgeving zichtbaar te maken, ontstaat volgens hen een krachtig hulpmiddel voor het ontwikkelen van nieuwe, gerichtere behandelingen.
Tumor-on-a-chip platform
Vorig jaar ontwikkelden onderzoekers van de Universiteit van Pennsylvania een geavanceerd tumor-on-a-chip-platform dat inzicht biedt in de interactie tussen immuuncellen en solide tumoren. Het model bootst een levende, gevasculariseerde longtumor na en maakt het mogelijk om in realtime te volgen hoe CAR-T-cellen tumoren binnendringen en waarom zij soms falen.
De onderzoekers ontdekten dat endotheelcellen tijdelijk chemische signalen afgeven die CAR-T-cellen naar de tumor leiden. Door het diabetesmedicijn vildagliptine toe te dienen, bleef dit signaal langer behouden, waardoor meer immuuncellen de tumor bereikten. Met behulp van multiomics-analyse werd het enzym DPP4 geïdentificeerd als sleutelfactor in dit proces. Volgens de onderzoekers kan het platform de ontwikkeling van effectievere en meer gepersonaliseerde immuuntherapieën versnellen en tegelijkertijd de afhankelijkheid van dierproeven verminderen.
