Development of bioinks for a 3D bioprintable prostate cancer model

The prostate is an exocrine gland in the male reproductive system. It is located between the pelvic diaphragm and the abdominal cavity and is conical in shape. It surrounds the urethra at the bladder outlet with sphincter muscles and its main function is to produce and store seminal fluid. Prostate cancer is one of the most common cancers in men and the number of cases is increasing. Together with lung cancer, prostate cancer was the most common cancer in men in 2022, accounting for 14% of diagnoses worldwide. Currently, 3D models for the study of prostate cancer are limited and often fail to accurately reflect clinical reality, as they do not effectively predict outcomes observed in vivo. Our project aims to provide a practical, simple and highly customizable solution. Specifically, we implemented a stiffer hydrogel in which prostate tumor cells are embedded to replicate the tumor region, and a softer hydrogel to represent the surrounding healthy tissue. The resulting alginate-gelatin based hydrogels are non-cytotoxic and can mimic the properties of ECM, providing an appropriate microenvironment that supports cell adhesion and growth. The ability to modulate the properties of the hydrogel and vary the cell types embedded leads to the reproduction of the heterogeneity and complexity typical of prostate tumors, providing a model that more closely reflects biological reality. The identification of target values of the mechano-rheological properties for the production of a 3D bioprinted model could be challenging due to the high heterogeneity of the data available in scientific literature. Exploiting the high tunability proper of hydrogels and 3D bioprinting, our bioinks could be easily implemented to cover other mechanical target ranges, to conduct further studies on prostate and prostate cancer or on other tissues. This flexibility and ease of implementation makes our model a powerful and innovative tool for the research and development of new targeted therapies.

La prostata è una ghiandola esocrina del sistema riproduttivo maschile, situata tra il diaframma pelvico e la cavità addominale e ha una forma conica. Circonda l'uretra all'uscita della vescica con muscoli sfinterici e la sua funzione principale è quella di produrre e immagazzinare il liquido seminale. Il cancro alla prostata è uno dei tumori più comuni e il numero di casi è in aumento. Insieme al cancro ai polmoni, il cancro alla prostata è stato il tumore più comune negli uomini nel 2022, rappresentando il 14% delle diagnosi a livello mondiale. Attualmente, i modelli 3D per lo studio del cancro alla prostata sono limitati e spesso non riflettono accuratamente la realtà clinica, poiché non prevedono efficacemente gli esiti osservati in vivo. Il nostro progetto ha lo scopo di fornire una soluzione pratica, semplice e altamente personalizzabile. Abbiamo implementato un idrogelo a maggior rigidezza in cui sono incorporate le cellule del tumore prostatico per replicare la regione tumorale e un idrogelo a minor rigidezza per rappresentare il tessuto sano circostante. Gli idrogeli a base di alginato e gelatina realizzati non sono citotossici e possono mimare la matrice extracellulare, fornendo un ambiente che supporta l'adesione e la crescita delle cellule. La possibilità di modulare le proprietà di questi idrogeli e di variare i tipi di cellule inglobate consente di riprodurre l'eterogeneità e la complessità tipiche dei tumori prostatici, fornendo un modello che riflette più fedelmente la realtà biologica. L'identificazione dei valori target delle proprietà meccano-reologiche per la produzione di un modello stampato in 3D potrebbe essere impegnativa a causa dell'elevata eterogeneità dei dati disponibili nella letteratura scientifica. Sfruttando l'elevata personalizzabilità propria degli idrogeli e del 3D bioprinting, i nostri bioink potrebbero essere facilmente implementati per coprire altri target meccanici, per condurre ulteriori studi sulla prostata e sul cancro alla prostata o su altri tessuti. Questa flessibilità e facilità di implementazione rende il nostro modello uno strumento innovativo per la ricerca e lo sviluppo di nuove terapie mirate.