Applicazione della tecnologia dei bioscaffold nella modellizzazione tumorale 3D in vitro per trattamenti oncologici

In recent years hadrontherapy, a radiotherapy that involves protons and carbon ions, has become well- known for tumors that are surgically inoperable and resistant to traditional radiotherapy treatments. That happened because this technique is more precise and effective than classical photon radiotherapy, it is capable of hitting the tumor with a high energy beam without damaging the surrounding tissues. In the other hand- nowadays- it is not possible to have strong data and results about efficacy and safety of this therapy, in particular for some specific types of tumor, because of the low number of patients treated and the short follow-up time. In the present study we analyzed the effects and the efficacy of hadrontherapy, which uses carbon ion, compared to classical radiotherapy with photon beam. The experiment is based on the exposure to both types of radiation for: 3 tumor cell lines, a glioblastoma (T98G), a ductal adenocarcinoma of the pancreas (AsPC-1)- irradiated in further phases of the study- and a mucosal melanoma (HMV- II); liver bioscaffolds decellularized with 0.15% SDS and further analyzed with histological staining and immunofluorescence. Bioscaffolds were, then, irradiated alone and- in a next time- there will be the seeding of the three tumor cell lines and irradiation of the constructs with both radiotherapy types. The results obtained after the irradiation of cells alone, based on morphological changing and changing of migration capabilities -assessed with the “scratch migration assay” and the “trans-well migration assay”-, show that exposure to different doses of radiation both low or high LET influences migration capabilities of glioblastoma more than the cells of mucosal melanoma. In particular, X- rays cause an increase in the motility of both cell lines, instead the carbon ion beam have opposite effects; it increases the migration in HMV-II cells but it decreases in T98G cells. Furthermore, important changes were noticed in the cellular morphology. HMV-II cells became elongated with longer and more numerous dendrites. In this type of cells there is, also, an increase in the production of melanin. The increase in pigmentation is important with the use of X-rays, significantly lower with carbon ion radiation.

Negli ultimi anni l’adroterapia, un tipo di radioterapia che si basa sull’utilizzo di ioni pesanti come protoni e ioni carbonio, è diventata molto nota per l’efficacia nei confronti dei tumori giudicati non resecabili chirurgicamente e che sono resistenti alla classica radioterapia con fotoni. L’adroterapia sembra essere più precisa ed efficace rispetto alla classica terapia radiante, è in grado di colpire la neoplasia con un raggio ad alta energia risparmiando, il più possibile, il tessuto sano circostante. D’altro canto, oggi, la casistica riguardante questa moderna tecnologia è ancora troppo bassa per ottenere dati statisticamente significativi. In questo studio abbiamo analizzato e comparato l’effetto dell’adroterapia, a base di ioni carbonio, con quello della radioterapia basata su fotoni. Sono stati irradiati con le due tipologie di radiazioni e a dosi diverse nell’ordine: cellule di 3 linee tumorali singolarmente, nello specifico, di glioblastoma (T98G), di adenocarcinoma duttale pancreatico (AsPC-1)- irradiate nelle prossime fasi dello studio- e di melanoma mucosale (HMV-II); bioscaffold epatici decellularizzati con l’SDS (0.15%) e giudicati integri dopo colorazioni istologiche e immunofluorescenza; bioscaffolds ripopolati con cellule delle linee tumorali citate. I bioscaffold sono stati irradiati, in un primo momento, singolarmente e nei prossimi tempi si provvederà a ripopolarli con cellule delle tre linee tumorali e irradiare tali costrutti con fotoni e ioni carbonio a diverse dosi. I risultati ottenuti sino a questo momento dall’irradiazione delle linee cellulari tumorali, basati su cambiamenti nella morfologia cellulare e influenza delle radiazioni sulle capacità migratorie delle cellule, quest’ultima giudicata con lo scratch assay ed il trans-well migration assay, mostrano che l’esposizione a diverse dosi di radiazioni a basso o alto LET ha un’influenza sul comportamento migratorio delle cellule di glioblastoma maggiormente rispetto a quelle di melanoma mucoso. In particolare, i raggi-X inducono un aumento di motilità di ambo le linee cellulari, mentre gli ioni carbonio hanno un effetto opposto: aumentano le capacità migratorie delle cellule della linea HMV- II e diminuiscono tale capacità nella linea T98G. Inoltre, cambiamenti indotti dalle radiazioni sono stati evidenziati anche nella morfologia cellulare. In particolare, le cellule della linea HMV-II appaiono più allungate e con dendriti più lunghi e numerosi. Inoltre, in quest’ultima linea cellulare, aumenta la sintesi di melanina e, perciò, la pigmentazione cellulare. L’aumento di pigmentazione è consistente se le cellule vengono irradiate con fotoni, significativamente minore se irradiate con ioni carbonio.