Beyond organoids: restoring the value of patient-derived two- dimensional colorectal cancer models

Il tumore del colon-retto è una malattia dell'intestino crasso che rimane una delle forme di cancro più comuni e mortali in tutto il mondo. Per combatterlo efficacemente, gli scienziati devono capire come si comportano i singoli tumori e quali farmaci possano fermarli. Per decenni, i ricercatori si sono affidati alla crescita di cellule cancerose in strati piatti su piastre di plastica, note come colture bidimensionali. Questi modelli sono economici e facili da usare per testare nuovi farmaci, ma presentano un grande difetto: sono molto difficili da creare direttamente dal tessuto tumorale fresco di un paziente. Spesso, le cellule muoiono prima di poter essere studiate, o vengono sopraffatte dai batteri. Negli ultimi anni, un approccio diverso ha guadagnato popolarità: far crescere i tumori in minuscoli ammassi tridimensionali chiamati organoidi, o farli crescere all'interno di topi speciali. Sebbene questi metodi funzionino meglio, sono costosi e complessi. La domanda rimaneva se il vecchio e semplice metodo della coltura piatta potesse essere ripristinato per funzionare in modo affidabile per i pazienti, offrendo un modo più economico e veloce per studiare la malattia senza perdere le caratteristiche uniche del singolo tumore.

Un team di ricercatori dell'Università Medica di Rostock, in Germania, si è posto l'obiettivo di rispondere a questa domanda esaminando quasi un decennio di lavoro con campioni di tumore del colon-retto. Hanno esaminato 158 campioni di tessuto prelevati da 136 pazienti tra il 2015 e il 2023. Alcuni di questi campioni provenivano direttamente dai tumori dei pazienti, mentre altri provenivano da tumori che erano stati precedentemente fatti crescere all'interno di topi, un processo che aiuta a pulire il tessuto dai batteri e ad arricchire le cellule cancerose. I ricercatori hanno testato dodici diversi ambienti liquidi, o terreni di coltura, per vedere quali permettessero alle cellule cancerose di sopravvivere e moltiplicarsi. Questi includevano vecchie ricette contenenti siero animale e miscele più recenti, accuratamente definite e prive di prodotti animali, che includono specifici fattori di crescita. Hanno anche testato se l'aggiunta di un particolare composto chimico, noto come inibitore di ROCK, aiutasse le cellule ad aderire al piatto e a sopravvivere allo stress del passaggio dal corpo al laboratorio.

I risultati hanno mostrato che i vecchi modi di far crescere queste cellule erano effettivamente inefficienti, ma i nuovi metodi hanno cambiato le regole del gioco. Quando i ricercatori hanno utilizzato i nuovi terreni definiti e privi di siero, il tasso di successo è aumentato significativamente rispetto alle vecchie ricette contenenti siero. L'aggiunta dell'inibitore di ROCK ha fornito un ulteriore impulso, trasformando molti tentativi falliti in successi. Forse, cosa più importante, l'uso di tessuto che era stato prima fatto crescere nei topi si è rivelato una strategia potente. Le colture derivate da questi tumori cresciuti nei topi hanno avuto successo circa il 58 percento delle volte, rispetto a solo il 39 percento per il tessuto fresco prelevato direttamente dai pazienti. Quando il team ha utilizzato entrambi gli approcci insieme — provando prima il tessuto fresco e poi ricorrendo al tessuto cresciuto nei topi in caso di fallimento — è stato in grado di creare una linea cellulare stabile in più dell'80 percento dei campioni. Questo tasso di successo è ora paragonabile ai metodi più costosi e complessi degli organoidi tridimensionali, suggerendo che il semplice modello di coltura piatta è un tempo un modello nuovamente vitale ed efficiente per la medicina di precisione.

Nonostante questi successi tecnici, i ricercatori hanno scoperto che non potevano prevedere quali tumori sarebbero cresciuti e quali avrebbero fallito sulla base della storia clinica del paziente o del profilo genetico specifico del cancro. Hanno esaminato fattori quali l'età del paziente, lo stadio del cancro, le dimensioni del tumore e mutazioni genetiche specifiche, ma nessuno di questi indizi indicava in modo affidabile se una coltura sarebbe stata un successo. Questa è in realtà una scoperta positiva per la comunità scientifica, poiché significa che la collezione di linee cellulari risultante non è influenzata da un particolare tipo di paziente o da un particolare sottogruppo genetico. Il pannello di linee cellulari rappresenta l'intera diversità del tumore del colon-retto, rendendolo una risorsa equa e rappresentativa per testare nuovi trattamenti.

Lo studio ha anche rivelato un legame sorprendente tra la capacità di un tumore di crescere in una piastra e l'esito del paziente. I pazienti i cui tumori hanno stabilito con successo una linea cellulare in laboratorio tendevano ad avere tempi di sopravvivenza più brevi rispetto a quelli i cui tumori non sono cresciuti, anche dopo aver considerato lo stadio del cancro e se l'intervento chirurgico avesse rimosso tutta la malattia visibile. I ricercatori suggeriscono che i tumori capaci di prosperare fuori dal corpo in una piastra potrebbero essere intrinsecamente più aggressivi all'interno del corpo. Tuttavia, avvertono che questa osservazione non era l'obiettivo principale dello studio e deve essere confermata in gruppi di pazienti più ampi prima di trarre conclusioni definitive.

In definitiva, questo lavoro dimostra che con la giusta combinazione di moderni terreni definiti, un utile additivo chimico e un piano di riserva utilizzando il tessuto cresciuto nei topi, gli scienziati possono ora creare in modo affidabile semplici linee cellulari bidimensionali dai pazienti affetti da tumore del colon-retto. Questo approccio offre un modo conveniente e scalabile per studiare la malattia e testare i farmaci, senza la necessità di strutture tridimensionali complesse o costosi modelli animali. La collezione di linee cellulari risultante fornisce una finestra ampia e imparziale sulla malattia, pronta ad aiutare i ricercatori a sviluppare migliori trattamenti per la vasta popolazione di persone colpite dal tumore del colon-retto.