Dissertation/Thesis Tesis de la Universidad de Zaragoza Guerrero López, Paula García Aznar, José Manuel Tumor-On-Chip: metabolic and structural insights into 3D cancer models under different microenvironmental conditions 2254-7606 2026-45 El cáncer es una de las principales causas de muerte en el mundo y la búsqueda de tratamientos eficaces sigue siendo uno de los principales objetivos de investigadores de todo el mundo. Entre los numerosos enfoques en la investigación oncológica, este trabajo se centra en los cultivos celulares tridimensionales (3D). Los modelos convencionales in vitro, como los cultivos en 2D, presentan fuertes limitaciones para reproducir la complejidad del microambiente tumoral, que incluye gradientes espaciales de nutrientes y oxígeno, interacciones célula–célula y la influencia de la matriz extracelular (ECM). Los sistemas de cultivo 3D basados en microfluídica ofrecen una mayor relevancia fisiológica al imitar estas características de forma más precisa. Aunque el metabolismo alterado del cáncer ha sido ampliamente estudiado, principalmente en relación con la glucosa, cada vez hay más evidencias de que la rigidez de la ECM también desempeña un papel clave en la regulación del metabolismo celular. Esto es especialmente importante, dado que los tumores suelen presentar microambientes anormalmente rígidos. A pesar de los avances en los modelos 3D, aún no se ha desentrañado completamente la interacción de las propiedades mecánicas de la ECM y la disponibilidad de nutrientes con la regulación del metabolismo celular. Esta tesis trata de abordar esa laguna de conocimiento mediante la integración de plataformas de cultivo celular microfluídicas con ensayos metabólicos dinámicos. <br />En la primera parte de este trabajo, optimizamos un modelo de cultivo 3D basado en microfluídica que permite monitorizar en tiempo real el crecimiento tumoral y su metabolismo. Utilizando este sistema, analizamos cuantitativamente la proliferación celular y el consumo de metabolitos clave (glucosa, glutamina y lactato), lo que reveló marcadas diferencias metabólicas entre modelos 2D y 3D. Los esferoides en 3D mostraron una proliferación más lenta pero un mayor consumo de glucosa por célula y una mayor producción de lactato, lo que indica un efecto Warburg intensificado. También investigamos el papel de las propiedades mecánicas de la ECM cultivando células tumorales en matrices con distinta rigidez y composición. Cada línea celular mostró un crecimiento preferente en condiciones específicas de ECM. Los ensayos con el Seahorse confirmaron alteraciones en los fenotipos metabólicos, incluyendo una reducción en la flexibilidad metabólica en matrices más rígidas. Experimentos adicionales bajo diferentes niveles de glutamina, glucosa y oxígeno revelaron que la falta de glutamina afecta gravemente la viabilidad celular, la limitación de glucosa detiene la proliferación y la hipoxia altera la estructura de los esferoides, destacando cómo cada nutriente ejerce efectos distintos sobre la formación tumoral. En conjunto, estos hallazgos subrayan la necesidad de considerar tanto las características de la ECM como los gradientes de nutrientes en los modelos tumorales. <br />La parte final de esta tesis se centra en la aplicación de nuestro modelo microfluídico 3D para evaluar nanopartículas (NPs) metálicas como posibles terapias contra el cáncer. En primer lugar, se probaron nanocatalizadores basados en enzimas utilizando nanopartículas de magnetita diseñadas para agotar nutrientes esenciales como la glucosa y generar especies reactivas de oxígeno (ROS), obteniéndose resultados muy prometedores, ya que la viabilidad celular se vio fuertemente comprometida. Además, se llevó a cabo un cribado de distintas NPs basadas en cobre, analizando sus efectos sobre la proliferación, viabilidad, invasividad y los marcadores de transición epitelio-mesénquima (EMT). Los resultados mostraron que estas NPs afectaban gravemente no solo al crecimiento y la viabilidad tumoral, sino también a la capacidad invasiva. Finalmente, se evaluaron NPs de platino PEGiladas diseñadas para activar prodrogas mediante catálisis bioortogonal. Estas nanoestructuras activaron exitosamente la prodroga dentro del chip microfluídico, produciendo una fuerte reducción en el crecimiento de los esferoides. En conjunto, este trabajo demuestra la versatilidad de los sistemas microfluídicos 3D, no solo como modelos avanzados para el estudio del metabolismo tumoral, sino también como plataformas potentes para la evaluación de nanotratamientos con un mayor control y relevancia traslacional. <br /> eng microfluídica; cáncer ; metabolismo celular; entorno tridimensional ; biopantallas ; Universidad de Zaragoza, Prensas de la Universidad Zaragoza 2025 2025

http://zaguan.unizar.es/record/171023/files/TESIS-2026-045.pdf;

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