Sviluppo di un modello tridimensionale preclinico per studiare la biologia dei gliomi a basso grado I GLIOMI
QUAL È LA DIFFUSIONE DEL GLIOMA?
In Europa vengono diagnosticati 5 nuovi casi di tumore cerebrale ogni 100.000 individui ogni anno e sono la causa del 2% delle morti per tumore. Tra tutti i tumori cerebrali, una delle sottoclassi più frequente è quella rappresentata dai gliomi, tumori che originano dalle cellule gliali del cervello e che possono presentarsi con diversi gradi di aggressività (dal primo al quarto) e con diversa prognosi. I gliomi a basso grado, cioè grado uno e due, presentano una migliore prognosi per il paziente rispetto ai gliomi ad alto grado, ma durante il decorso della malattia, possono progredire diventando più aggressivi. Per questo motivo, risulta importante studiare l’aggressività e l’eterogeneità di questi tumori per capire il meccanismo alla base della progressione.
QUALI SONO LE DIFFICOLTÀ DEGLI STUDI SUL GLIOMA?
La mancanza di modelli preclinici capaci di mimare il microambiente cerebrale tumorale è una delle ragioni per cui la ricerca progredisce lentamente in questo campo. L'acquisizione di caratteristiche simil-staminali contribuisce, probabilmente, alla natura maligna dei gliomi di alto grado e può essere responsabile dell'insorgenza, della crescita e della recidiva di questi tumori. A questo proposito, sebbene il tradizionale sistema di coltura cellulare bidimensionale (2D) sia stato ampiamente utilizzato nella ricerca sul cancro, ha dimostra limiti nel mantenimento delle proprietà staminali delle cellule tumorali e nel riprodurre il microambiente tissutale.
UNA POSSIBILE SOLUZIONE: I MODELLI 3D
Al fine di superare questi ostacoli, la Preclinic and Osteoncology Unit - Laboratorio di Bioscienze IRST sta, da anni, concentrando sullo sviluppo di sistemi di coltura tridimensionale (3D) sfruttando materiali innovativi in grado di ricreare le proprietà dei tessuti umani per poter riprodurre più fedelmente la nicchia tumorale e per poter studiare più da vicino i fenomeni di crescita e di aggressività dei tumori. In particolare, le cellule tumorali coltivate in tali strutture 3D possono rappresentare un modello in vitro più efficace per lo studio e la comprensione dell'interazione cellula-cellula e cellula-matrice extracellulare (ECM). Per i motivi presentati, questo progetto si prefigge di implementare un nuovo sistema di coltura 3D che permetta di mimare il microambiente tumorale cerebrale nella sua architettura e composizione, permettendo quindi di studiare la crescita di cellule tumorali di glioma a basso grado ed identificare i meccanismi che forniscono a tali cellule la capacità invasiva.
IL PROGETTO
Il progetto prevede di migliorare un primo prototipo 3D, sviluppato a partire da una analisi retrospettiva che ci ha permesso di identificare quali proteine siano presenti nella matrice cerebrale di pazienti affetti da neoplasia cerebrale. In particolare, ci prefiggiamo di migliorare il processo di sintesi del modello e di evolverlo per rendere il nostro prototipo il più possibile simile ad un tessuto in vivo. Lo scopo finale del progetto sarà quello di utilizzare questo sistema per aiutare l’identificazione di marcatori tumorali di aggressività e di prognosi che possano essere utili per il monitoraggio della malattia nel paziente, per lo studio della storia naturale della patologia e per l’identificazione di nuove molecole a scopo terapeutico.
Lo studio è condotto dalla dott.ssa Claudia Cocchi, ricercatrice della Preclinic and Osteoncology Unit - Laboratorio di Bioscienze, coordinatrice dott.ssa Chiara Liverani.
Improvement of a new 3D in vitro model to study the low grade glioma biology In Europe, five cases of primitive central nervous systems are diagnosed per 100,000 individuals, every year. These tumors cause 2% of all cancer deaths. Among primary brain tumors, there are gliomas that originate from glial cells and present different aggressiveness, grading and prognosis. Low grade gliomas (LGG) are the second most common type of gliomas in adults. Despite their better prognosis, LGG often progresses to high-grade gliomas, eventually leading to the patient’s death. Biologically, their malignancy is the result of a high level of heterogeneity and of diffuse infiltration into normal brain tissue.
For this reason, it is important to study their aggressive and heterogenic profile to understand the mechanism of progression and transformation of these tumors. Unfortunately, basic and clinical research on brain tumors has not been strongly improved in the last years; the lack of preclinical models mimicking the brain tumor microenvironment is one of the reasons for the research delay. Acquisition of stem-like characteristics likely contributes to the malignant nature of high- grade gliomas and may be responsible for the initiation, growth and recurrence of these tumors. In this regard, although the traditional two-dimensional (2D) cell culture system has been widely used in cancer research, it shows limitations in maintaining the stemness properties of cancer and in mimicking the in vivo microenvironment. In order to overcome these limitations, different three-dimensional (3D) culture systems have been developed to better mimic the tumor niche.
For 10 years, our research team has focused on the development of new 3D culture models in order to reproduce and recreate the human tissue properties and to study tumor growth and aggressiveness in a native environment. In particular, the use of biomimetic 3D structures to culture cancer cells may represent a superior in vitro model enabling for an increased cell-cell and cell-extracellular matrix (ECM) interaction. For all these reasons, this project resolved to improve an innovative 3D culture model able to mimic the brain tumor microenvironment from both the architecture and protein composition points of view. Starting from the results of a retrospective analysis, we identified the protein composition of the brain tumor matrix in patients with LGG.
We next synthesized a prototype 3D scaffold model composed of these proteins. The aim of the present project is to refine the model synthesis process in order to reproduce as best as possible the human brain tissue. The final goal will be to exploit this 3D model to accelerate preclinical research and identify mechanisms of LGG genesis and progression and potential disease molecular determinants.
