Criado novo modelo 3D de glioblastoma para testar novos (nano-)fármacos

Apesar de ser o tipo mais prevalente e letal de cancro cerebral em adultos, o glioblastoma (GBM) permanece incurável. Sistemas promissores de nanopartículas (NPs) anti-GBM têm sido desenvolvidos para melhorar o desempenho anti-cancerígeno de diversos fármacos, com ênfase em estratégias de direcionamento específico para o local dos tumores. No entanto, existe uma falta de modelos in vitro que emulem o microambiente e a bioarquitetura nativos do GBM, dificultando a translação de novos fármacos devido à incapacidade de prever a potencial resposta in vivo/clínica de uma forma fidedigna. Num estudo publicado na revista científica Journal of Controlled Release por investigadores do Instituto de Investigação e Inovação em Saúde da Universidade do Porto (i3S), conduzido por Cláudia Martins e liderado por Bruno Sarmento, micro-tecidos tumorais multicelulares (MCTMs) de GBM humano foram desenvolvidos através da co-estruturação 3D de células tumorais U-251 MG, macrófagos humanos derivados de monócitos periféricos, e células endoteliais cerebrais primárias. Os MCTMs de GBM mimetizaram a organização espacial do tumor, produção de matriz extracelular e áreas de necrose. A bioatividade de um fármaco modelo, o docetaxel (DTX), e de NPs poliméricas carregados com DTX - direcionadas para o local do tumor através de L-Histidina como ligando de superfície (H-NPs) - foram avaliadas nos MCTMs. A internalização celular e o efeito anti-proliferativo nos MCTMs foram 8 e 3 vezes maiores para as H-NPs, respetivamente, em comparação com as NPs não direcionadas para o tumor e com o DTX livre. As H-NPs proporcionaram ainda uma tendência de diminuição nos níveis de macrófagos anti-inflamatórios M2 (pró-tumor), e uma tendência simultânea de aumento nos níveis de macrófagos pró-inflamatórios M1 (anti-tumor). Além disto, as H-NPs demostraram um perfil biomolecular próprio e diferenciado, baseado na secreção reduzida de uma série de citocinas com um papel pró-tumoral (ex: IL-6, IL-8, TGF-β). No geral, os MCTMs desenvolvidos fornecem um novo modelo biomimético in vitro para recapitular as principais características celulares e estruturais do GBM – esta nova ferramenta permite prever com maior rigor a resposta anti-tumoral de (nano-)fármacos in vivo, promovendo assim uma translação mais rápida de novas estratégias terapêuticas anti-GBM.

Autores e Afiliações:
Cláudia Martins^1,2,3, Catarina Pacheco^1,2,4, Catarina Moreira-Barbosa^1,2,3, Ângela Marques-Magalhães^1,2,3, Sofia Dias^1,2,3, Marco Araújo^1,2, Maria J. Oliveira^1,2,3, Bruno Sarmento^1,2,4*

¹i3S – Instituto de Investigação e Inovação em Saúde, Universidade do Porto, Rua Alfredo Allen 208, 4200-393 Porto, Portugal.

²INEB – Instituto Nacional de Engenharia Biomédica, Universidade do Porto, Rua Alfredo Allen 208, 4200-393 Porto, Portugal

³ICBAS – Instituto de Ciências Biomédicas Abel Salazar, Universidade do Porto, Rua de Jorge Viterbo Ferreira 228, 4050-313 Porto, Portugal ⁴CESPU – Instituto de Investigação e Formação Avançada em Ciências e Tecnologias da Saúde, Rua Central de Gandra 1317, 4585-116 Gandra, Portugal

Abstract:

Despite being the most prevalent and lethal type of adult brain cancer, glioblastoma (GBM) remains intractable. Promising anti-GBM nanoparticle (NP) systems have been developed to improve the anti-cancer performance of difficult-to-deliver therapeutics, with particular emphasis on tumor targeting strategies. However, current disease modeling toolboxes lack close-to-native in vitro models that emulate GBM microenvironment and bioarchitecture, thus partially hindering translation due to poorly predicted clinical responses. Herein, human GBM heterotypic multicellular tumor microtissues (MCTMs) are generated through high-throughput 3D modeling of U-251 MG tumor cells, tissue differentiated macrophages isolated from peripheral monocytes, and brain microvascular primary endothelial cells. GBM MCTMs mimicked tumor spatial organization, extracellular matrix production and necrosis areas. The bioactivity of a model drug, docetaxel (DTX), and of tumor-targeted DTX-loaded polymeric NPs with a surface L-Histidine moiety (H-NPs), were assessed in the MCTMs. MCTMs cell uptake and anti-proliferative effect was 8- and 3-times higher for H-NPs, respectively, compared to the non-targeted NPs and to free DTX. H-NPs provided a decrease of MCTMs anti-inflammatory M2-macrophages, while increasing their pro-inflammatory M1 counterparts. Moreover, H-NPs showed a particular biomolecular signature through reduced secretion of an array of medium cytokines (IFN-γ, IL-1β, IL-1Ra, IL-6, IL-8, TGF-β). Overall, MCTMs provide an in vitro biomimetic model to recapitulate key cellular and structural features of GBM and improve in vivo drug response predictability, fostering future clinical translation of anti-GBM nano-therapeutic strategies.

Revista: Journal of Controlled Release

Link: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168365922007684