Razkrivanje mehanizmov zdravljenja glioblastoma z elektroporacijo na podlagi humanih biomimetičnih modelov

Glioblastom (GB) je najagresivnejša oblika možganskega raka, pri katerem povprečna pričakovana življenjska doba po diagnozi znaša ~15 mesecev. Učinkovito zdravljenje GB ovirajo krvno-možganska pregrada, ki omejuje dostavo zdravil, na terapijo odporne matične celice GB in imunosupresivno tumorsko mikrookolje. Zato je razvoj novih terapevtskih pristopov ključnega pomena.

Elektroporacija, ki temelji na kratki izpostavitvi tumorja visokonapetostnim električnim pulzom, izkazuje visok potencial za zdravljenje GB. Zmerna elektroporacija začasno poveča prepustnost celičnih membran, kar lahko izkoristimo za izboljšanje vnosa in citotoksičnosti kemoterapevtikov (elektrokemoterapija). Močnejša elektroporacija vodi v celično smrt, kar lahko izkoristimo za netermično ablacijo tumorskega tkiva (ireverzibilna elektroporacija). Predklinične študije na živalih so pokazale, da zdravljenje z ireverzibilno elektroporacijo omogoči dolgoročno preživetje psov s spontano nastalimi gliomi, zdravljenje z elektrokemoterapijo pa lahko popolnoma odstrani gliome pri podganah brez večjih stranskih učinkov. Kljub obetavnim rezultatom predkliničnih študij, ne pasji ne podganji gliomi ne morejo v celoti posnemati kompleksnosti tumorev GB pri človeku.

Namen tega projekta je sistematično raziskati učinke elektroporacije z uporabo najsodobnejših biomimetičnih modelov humanega GB: večceličnih sferoidov iz humanih primarnih GB kultur, organoidov iz humanega GB tkiva in njihovih kokultur z imunskimi celicami. Ovrednotili bomo učinke elektroporacije na preživetje, proliferacijo in invazijo tumorskih celic ter preučili odzive matičnih celic GB, imunskih celic in zdravega tkiva na elektroporacijo. Raziskave bodo zajemale tako elektrokemoterapijo in ireverzibilno elektroporacijo kot tudi njune kombinacije s standardnimi postopki zdravljenja.

Naš pristop uvaja tri pomembne novosti na področju raziskav elektroporacije. Prvič, v raziskavah bomo uporabili iz posameznih tumorjev izolirane primarne GB kulture, ki bolje posnemajo biologijo tumorja kot klasične celične linije. Drugič, raziskave bodo temeljile na večceličnih 3D sferoidih, ki omogočajo realistično posnemanje porazdelitve električnega polja in omejene difuzije učinkovin v tumorjih. Tretjič, pri raziskavah elektroporacije bomo kot prvi uporabili organoide GB, ki so trenutno najnaprednejši in vitro model humanega GB, saj ohranjajo kompleksno heterogeno celično sestavo tumorskega mikrookolja.

Projekt obravnava temeljna vprašanja, ki jih zaradi etičnih in tehničnih omejitev ni mogoče sistematično raziskovati in vivo. Preučili bomo, kako reverzibilna elektroporacija vpliva na preživele GB celice, kako heterogenost tumorja vpliva na učinkovitost zdravljenja in kakšen je odziv imunskega sistema. Rezultati bodo prispevali k optimizaciji terapevtskih postopkov in opredelitvi najbolj obetavnih terapevtskih kombinacij za klinično uporabo. Čeprav se projekt osredotoča na zdravljenje GB, bodo rezultati projekta pomembni tudi za druga obetavna področja uporabe elektroporacije v možganih, kot je npr. netermična ablacija epileptičnih območij.

Izvedljivost projekta zagotavlja interdisciplinarno sodelovanje dveh v svetovnem merilu vodilnih raziskovalnih skupin. Skupina s Fakultete za elektrotehniko Univerze v Ljubljani je uveljavljena na področju temeljnih raziskav elektroporacije ter razvoja in prenosa na elektroporaciji temelječih zdravljenj v klinično prakso. Skupina z Nacionalnega inštituta za biologijo je specializirana za biologijo raka in raziskave GB ter je razvila edinstvene vire, vključno z banko humanih primarnih kultur GB, postopki za pripravo sferoidov iz teh kultur ter pripravo organoidov GB. Naš interdisciplinarni pristop zagotavlja, da bodo tehnološki razvoj usmerjala biološka spoznanja, medtem ko bodo biološke ugotovitve interpretirane v kontekstu fizikalnih načel, kar spodbuja znanstveno odličnost in krepi translacijski vidik projekta.