3D spheroid models to study tumor colonizing anaerobic bacteria: a bridge from in vitro to in vivo

Dentro dos tumores mais persistentes do corpo, uma paisagem estranha e perigosa frequentemente se forma. À medida que as células cancerígenas se multiplicam com velocidade desenfreada, elas ultrapassam o próprio suprimento de sangue, criando bolsões de profunda inanição onde o oxigênio não consegue chegar. Essas áreas morrem, transformando-se em tecido necrótico, uma característica de doenças agressivas que geralmente sinaliza um prognóstico ruim para o paciente. No entanto, essa zona morta guarda um segredo único: é o único lugar onde certos tipos de bactérias, que não conseguem sobreviver no oxigênio, podem prosperar. Os cientistas sabem há muito tempo que essas bactérias anaeróbicas buscam naturalmente esses núcleos tumorais em decomposição para colonizá-los. Essa descoberta deu início a um esforço de décadas para transformar esses invasores microscópicos em aliados, projetando-os para entregar medicamentos ou desencadear o sistema imunológico para atacar o câncer pelo interior.

Contudo, antes que essas medicinas vivas possam ser testadas em pessoas, os pesquisadores precisam provar que elas funcionam de forma segura e eficaz. Testes laboratoriais tradicionais, usando camadas planas de células em uma placa de Petri, falham em recriar o centro morto e privado de oxigênio de um tumor, tornando impossível observar se as bactérias realmente encontrarão seu alvo. Por outro lado, testar diretamente em animais levanta sérias preocupações éticas e é frequentemente complexo demais para triar diversas linhagens bacterianas rapidamente. Para preencher essa lacuna, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Maastricht desenvolveu um novo modelo tridimensional que mimetiza as condições reais dentro de um tumor, permitendo-lhes observar como essas bactérias se comportam em um cenário que se assemelha de perto ao corpo humano.

Os pesquisadores começaram cultivando pequenos aglomerados esféricos de células cancerígenas de três fontes diferentes: dois tipos de câncer de camundongo e um tipo de câncer de cólon humano. Eles deixaram esses aglomerados crescerem até que desenvolvessem seus próprios núcleos mortos, tal como os tumores reais fazem. Uma vez formados esses núcleos necróticos, a equipe introduziu esporos de Clostridium sporogenes, uma bactéria não nociva que é segura para humanos, mas que adora viver em ambientes sem oxigênio. Eles observaram que as bactérias eclodiram com sucesso de seus esporos e moveram-se para o fundo dos centros mortos das esferas celulares. Nos modelos de câncer de camundongo, as bactérias cresceram tão vigorosamente que acabaram por fazer com que todo o aglomerado tumoral se desintegrasse, enquanto nos modelos de câncer humano, as bactérias se estabeleceram e permaneceram estáveis, espelhando o que acontece em animais vivos.

Com as bactérias colonizando com sucesso esses modelos, a equipe voltou-se para a segurança. Uma grande preocupação ao usar bactérias como medicamento é a capacidade de interrompê-las caso causem problemas ou se o tratamento precise ser encerrado. Os pesquisadores testaram vários antibióticos comuns para ver quais poderiam eliminar as bactérias de dentro dos aglomerados tumorais. Eles descobriram que alguns fármacos, como a tigeciclina, apenas pausavam o crescimento das bactérias; assim que o efeito do medicamento passava, as bactérias voltavam a se multiplicar. No entanto, outros antibióticos, especificamente a augmentin e a vancomicina, atuaram como verdadeiros exterminadores, eliminando completamente a população bacteriana e deixando os aglomerados tumorais intactos e livres de infecção. Essa distinção é vital, pois prova que o modelo consegue diferenciar entre drogas que apenas retardam as bactérias e aquelas que podem eliminá-las inteiramente.

Finalmente, a equipe testou uma terapia específica contra o câncer chamada Terapia de Pró-fármaco Enzimático Direcionada por Clostridium. Nessa abordagem, as bactérias são geneticamente modificadas para carregar uma ferramenta especial que converte um fármaco inofensivo em um veneno, mas apenas dentro do tumor onde as bactérias vivem. Os pesquisadores adicionaram essas bactérias modificadas e o fármaco inofensivo aos seus modelos tumorais. Nos modelos de câncer de camundongo, a combinação causou um encolhimento significativo do aglomerado tumoral em comparação ao uso isolado das bactérias ou do fármaco. Os modelos de câncer humano mostraram uma tendência semelhante de inibição do crescimento, embora o efeito tenha sido menos pronunciado. Esses resultados coincidiram com o que os cientistas haviam observado anteriormente em animais vivos, confirmando que este simples aglomerado tridimensional de células pode prever com precisão como uma terapia bacteriana complexa se comportará em um corpo vivo.

Ao criar um sistema que captura o coração morto e privado de oxigênio de um tumor, os pesquisadores forneceram uma nova e poderosa ferramenta para o futuro do tratamento do câncer. Este modelo permite que cientistas triem dezenas de linhagens bacterianas e combinações de fármacos de forma rápida e ética, filtrando aquelas que não funcionarão antes mesmo de serem testadas em um animal ou em uma pessoa. Ele oferece um caminho claro para o refinamento dessas medicinas vivas, garantindo que, quando eventualmente chegarem à clínica, sejam seguras, eficazes e estejam prontas para visar as partes mais perigosas do câncer.