Il modello 3D del cancro rivela come un campo magnetico statico può migliorare la radioterapia

Il cancro al pancreas è una malattia notoriamente letale, con un tasso di sopravvivenza a cinque anni di circa il 9%. Poiché la chirurgia è appropriata solo per l'8-20% dei pazienti, la chemioterapia è il trattamento più comune, con la radioterapia ancora scarsamente utilizzata e principalmente come opzione adiuvante.

Gli studi clinici che hanno esaminato i trattamenti con radiazioni del cancro al pancreas hanno prodotto risultati contrastanti, promuovendo un dibattito sulle migliori linee guida da applicare e sui potenziali benefici. Il cancro del pancreas è notoriamente resistente alla chemioterapia e alla radioterapia a causa di un microambiente tumorale estremamente complesso (TME, i tessuti che circondano una lesione cancerosa) caratterizzato dalla presenza di diverse popolazioni cellulari e forti gradienti di ipossia.

Le modalità di radioterapia avanzate più recenti, come la radioterapia guidata dalla risonanza magnetica, che utilizza la risonanza magnetica per guidare l'erogazione della dose di radiazioni, possono fornire alcuni vantaggi fornendo informazioni accurate sulla TME. Questo potrebbe quindi essere utilizzato per ottimizzare il trattamento. Ad oggi, tuttavia, vi è una conoscenza limitata sull'interazione tra radiazioni e campo magnetico statico di un sistema di radioterapia guidata da RM e su come ciò possa influire sulla risposta delle cellule tumorali.

Per studiare TME complesse come quelle associate al cancro del pancreas, un gruppo di ricerca con sede nel Regno Unito ha sviluppato un modello di scaffold polimerico 3D altamente macroporoso. I ricercatori, del Università di Surrey, University College London e il Laboratorio Nazionale di Fisica (NPL), ha creato il modello multicellulare non animale per valutare l'impatto di un campo magnetico statico sulla risposta delle cellule tumorali pancreatiche alla radioterapia guidata da RM.

L'adenocarcinoma duttale pancreatico ha un TME complesso e altamente immunosoppressivo contenente molti tipi cellulari diversi, comprese le cellule stellate pancreatiche che, una volta attivate dalle cellule tumorali, creano una densa desmoplasia (tessuto connettivo eccessivo). Questa desmoplasia, insieme alla crescita caotica delle cellule tumorali, provoca il collasso dei vasi sanguigni e la formazione di reti vasali aberranti e disorganizzate, ostacolando l'erogazione della chemioterapia e creando grandi distese ipossiche che compromettono l'efficienza della radioterapia.

Il modello 3D, descritto nel Giornale britannico di radiologia, incorpora cellule tumorali pancreatiche, cellule endoteliali microvascolari umane e cellule stellate pancreatiche. È costituito da un compartimento esterno rivestito di collagene per la crescita delle cellule stellate ed endoteliali e da un compartimento interno rivestito di fibronectina per la crescita delle cellule tumorali. Questa architettura supporta la crescita e la proliferazione di diverse cellule TME, consentendo alle cellule di migrare da un compartimento all'altro durante un periodo di osservazione prolungato di 37 giorni. È importante sottolineare che il modello è in grado di replicare le regioni ipossiche del TME.

Investigatore principale Giuseppe Schettino e colleghi hanno usato il loro modello di impalcatura 3D per studiare la risposta delle cellule tumorali del pancreas alle radiazioni in combinazione con un campo magnetico statico. Hanno irradiato campioni esposti a ipossia (1% O₂) o normossia (21% O₂) con fotoni da 6 MV in presenza o in assenza di un campo di 1.5 T, utilizzando apparecchiature dedicate a NPL. Hanno quindi monitorato la vitalità cellulare e l'apoptosi cellulare uno e sette giorni dopo l'irradiazione.

I risultati hanno rivelato una tendenza sistematica della radioprotezione associata all'ipossia nelle cellule tumorali del pancreas negli scaffold 3D, con una maggiore vitalità delle cellule tumorali e una diminuzione dell'apoptosi cellulare osservate sia nelle analisi a breve che a lungo termine. In particolare, l'irradiazione degli scaffold in normossia ha portato a una significativa diminuzione delle cellule vive, mentre quelle trattate con radiazioni in ipossia non hanno mostrato una diminuzione significativa. Il team osserva che ciò è in linea con i precedenti risultati della radioprotezione sotto in vitro ipossia.

I ricercatori riferiscono che, sia nell'ipossia che nella normossia, hanno osservato un piccolo miglioramento dell'effetto delle radiazioni in presenza del campo magnetico statico. L'esposizione al solo campo magnetico non ha indotto alcuna tossicità. Ora hanno in programma di studiare i meccanismi responsabili di tale potenziamento delle radiazioni in studi futuri.

"È importante disporre di buoni modelli su cui testare nuovi approcci terapeutici per tumori difficili da trattare, come la radioterapia guidata dalle immagini, che impiega forti campi magnetici", afferma Schettino. “Prima di adottare clinicamente nuovi approcci, devono essere ben valutati e compresi a livello preclinico, che di solito richiede l'uso di modelli animali che non sempre rappresentano bene gli esseri umani. Il nostro modello non animale può valutare il potenziale impatto del campo magnetico sulla risposta alle radiazioni».

Le radiazioni ionizzanti ammorbidiscono il microambiente tumorale

"Il nostro lavoro è volto a migliorare la radioterapia del cancro attraverso un approccio più biologicamente ottimizzato", dice Mondo della fisica. “Dobbiamo analizzare come l'interazione tra campo magnetico, fascio di radiazioni e processi cellulari e molecolari possa alterare la risposta dei tessuti sia normali che cancerosi, e quindi l'efficacia della radioterapia. La stima di un tale effetto, o mancanza di effetto, è utile nella progettazione e pianificazione di nuovi studi clinici.

Schettino informa che l'NPL è interessato a utilizzare il modello di scaffold multicellulare con fasci di protoni e potenzialmente anche fasci FLASH.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/3d-cancer-model-reveals-how-a-static-magnetic-field-can-enhance-radiotherapy/