Tecnologia de cultivo 3D de minitumores

O que é o cultivo 3D de organoides?

Organoides derivados de pacientes (do inglês patient-derived organoids ou PDO), são estruturas 3D que se auto-organizam in vitro e são capazes de mimetizar a arquitetura original de órgãos ou tumores. Também são conhecidos como cultivo de mini-órgãos ou mini-tumores¹.

Com essa abordagem, é possível manter em laboratório células primárias tumorais provenientes do paciente (após processamento da amostra coletada) utilizando tecnologias de cultivos celulares tridimensionais (3D)².

Os organoides têm a vantagem de crescer em três dimensões, podendo recriar in vitro a arquitetura endógena do tecido ou o microambiente tumoral de uma maneira mais fidedigna do que as culturas tradicionais em monocamada ou bidimensionais (2D). Esses cultivos recapitulam caracteristicas tanto fenotípicas quanto genotípicas dos tecidos do qual foram derivados³.

Como surgiu a tecnologia de cultivo de organoides?

A geração de organoides foi possível graças aos avanços científicos no entendimento dos processos de profliferação e diferenciação das células tronco adultas (do inglês Adult Stem Cells ou ASCs) presentes em alguns órgãos e responsáveis pela renovação das nossas células ao longo da vida. Nessas células, foram observadas a expressão do gene Lgr5, que passou a ser utlizado como principal marcador para células-tronco adultas⁴.

Descobriu-se que a via de sinalização Wnt podia impulsionar a proliferação e inibir diferenciação de células-tronco adultas Lgr5+ provenientes de tecido intestinal. Uma vez isoladas do tecido, as células-tronco adultas Lgr5+ foram submetidas a condições de cultivo específicas que ativaram a via Wnt e permitiram a geração dos organoides. Essa técnica foi aplicada à células provenientes de diferentes tecidos, gerando organoides epiteliais de diversos órgãos, como organoides de fígado, organoides de câncer de ovário, organoides de câncer de mama, organoides de câncer de cólon e organoides de câncer de pâncreas⁵.

Como os organoides tumorais são gerados?

Há hoje, disponível na literatura, um grande número de publicações que descrevem diferentes protocolos para geração de organoides de tecidos saudáveis ou não^6,7,8.

Os PDOs podem ser gerados a partir de diferentes fontes como células-tronco adultas derivadas de órgãos específicos, células-tronco pluripotentes (PSCs), células-tronco embrionárias, células-tronco pluripotentes induzidas (iPSCs) e de células-tronco de tecidos tumorais⁹.

Células-tronco adultas podem ser isoladas de amostras de material sólido coletadas, por exemplo, de cirurgias ou biópsias¹⁰. De maneira geral, o material coletado passa por processo de dissociação mecânica e enzimática, e as células isoaldas são embebidas em hidrogeis que mimetizam a MEC (matriz extracelular), funcionando como uma lâmina própria basal².

Os meios de cultura para organoides são mais complexos que os cultivos de linhagens celulares, envolvendo um verdadeiro coquetel de fatores de crescimento que variam conforme o tipo de tecido. A maioria contém ativadores de sinalização Wnt, fator de crescimento epidérmico (EGF) (The Cancer Genome Atlas Network) e inibidores de sinalização de crescimento transformador-B (Noggin)¹¹.

Da coleta ao tratamento personalizado

Coleta da Amostra

Coleta de células tumorais a partir de biópsia ou cirurgia

Geração de organoides

Produção em laboratório vários organoides tumorais a partir da amostra

Testes de medicamentos

Em cada conjunto de organoides, testamos diferentes medicamentos

Resultado

O laudo indica o efeito que os medicamentos tiveram nas células, fortalecendo a decisão do médico

Aplicações dos organoides

As culturas 3D de organoides são utilizadas como modelos in vitro para estudar condições fisiológicas de diversos tecidos e órgãos e para compreender mecanismos envolvidos na gênese de patologias.

Na área da oncologia, a tecnologia de cultivo de organoides tem como foco possibilitar melhor compreensão da tumorigênese, migração celular, metástase e na investigação de novas abordagens de tratamento, como quimioterapia, sistemas de entrega de fármacos, terapias gênicas e com vírus oncolíticos, imunoterapia, terapias fotodinâmicas e fototerapia, terapia fototermal e radioterapia¹².

Além dessas aplicações como modelos de estudo, os cultivos de organoides também são importantes ferramentas utilizadas na triagem de fármacos, engenharia de tecidos e biofabricação¹³. Os esferoides tumorais aparecem como um modelo promissor para a seleção de novos candidatos à terapia do câncer¹⁴.

Os modelos 3D de organoides tumorais derivados de amostras tumorais de pacientes, por sua vez, têm sido utilizados como modelos de doença para prever a resposta do paciente a uma linha de tratamento de uma maneira personalizada e também realizar inferências quanto à resistência⁹.

qual o potencial preditivo dos organoides de cancer colorretal

Qual o potencial preditivo dos organoides de câncer colorretal?

Os estudos de predição utilizando organoides de câncer colorretal são os mais frequentes entre as publicações e também os maiores nem número de pacientes.

Em 2023, foi publicada na revista Scientific Reports/Nature uma revisão sistemática de estudos que testaram o desempenho de organoides derivados de pacientes com câncer colorretal para prever o efeito das quimioterapias, medicamentos direcionados e radioterapia. Encontraram um valor preditivo positivo geral de 68% e um valor preditivo negativo de 78% para os casos em que o tratamento foi guiado por exames utilizando organoides. Estes dados superaram as taxas de resposta observadas nos casos em que a seleção de tratamento foi realizada de forma empírica¹⁵.

O estudo APOLLO é o primeiro a oferecer aos pacientes um tratamento guiado por ensaios de triagem de fármacos utilizando organoides, e mostrou que o tratamento guiado por eles é viável e pode oferecer opções de tratamento adicionais para pacientes refratários¹⁶.

Os recentes trabalhos concluem, portanto, que os PDOs possuem grande potencial para serem aplicados como biomarcadores preditivos, trazendo benefícios para medicina personalizada¹⁷.