Используя искусственно созданную тканевую среду в различных формах и узорах, исследование рака кожи показало, что чем более изогнутыми были культуры клеток, тем больше раковых клеток по краям отображало маркеры характеристик стволовых клеток — ключ к распространению на другие ткани. Это может помочь нам в понимании рака, а также в разработке индивидуальных планов лечения.
Под руководством Кристофера Килиана, профессора материаловедения и инженерии, и Тимоти Фана, профессора ветеринарной медицины, исследователи опубликовали свои выводы в журнале Nature Materials.
«Самая опасная часть рака — это метастазы», - сказал Килиан. "Некоторые клетки, которые мы называем раковыми стволовыми клетками, приобретают смертоносные свойства, когда они могут перемещаться с кровотоком в другие ткани и образовывать новые опухоли.
Необходимы способы найти эти клетки и изучить их, и, что важно, разработать лекарства, которые нацелены на них, потому что эти раковые стволовые клетки устойчивы к химиотерапевтическим препаратам, нацеленным на основную опухоль. Это вызывает рецидив: рак возвращается."
Группа Килиана специализируется на тканевой инженерии для создания моделей опухолей с целью более точного изучения раковых процессов в культуральной посуде. В новом исследовании исследователи культивировали колонии рака кожи мышей в различных 2-D и 3-D средах с разными формами и узорами, чтобы увидеть, способствует ли форма опухоли активации раковых стволовых клеток, и чтобы увидеть, где в опухоли находится появились стволовые клетки.
Они обнаружили, что раковые стволовые клетки, по-видимому, появляются в наибольшем количестве по краям искусственно созданной опухолевой среды, особенно там, где есть углы и выпуклые кривые.
«Это было на самом деле довольно удивительно, — сказал Килиан. "Нормальные стволовые клетки предпочитают мягкое внутреннее положение. Итак, что касается рака, все предполагали, что раковые стволовые клетки находятся в середине опухоли.
Мы обнаружили, что геометрические ограничения, такие как если бы опухоль соприкасалась со здоровой тканью, похоже, активируют эти раковые стволовые клетки по периметру."
Исследователи провели ряд тестов в своей инженерной среде, чтобы подтвердить способность опухоли распространяться, например, генетический анализ.
Они также протестировали другие линии рака — рак шейки матки, легких и простаты человека — и обнаружили, что они одинаково реагируют на структурированную опухолевую среду.
Затем группа Килиана объединилась с группой Фана для тестирования стволовых клеток рака кожи на живых мышах и обнаружила, что клетки, взятые из структурированной среды, с гораздо большей вероятностью вызывают опухоли, чем клетки, взятые из обычной плоской чашки.
«Мы обнаружили, что у гораздо большего числа мышей развивались опухоли, когда им давали клетки, которые мы сконструировали с такими характеристиками стволовых клеток, и у них была гораздо более высокая частота метастазов в легких», — сказал Килиан. «Точно так же в опухоли области, которые развивают такие формы, могут активировать клетки, которые затем могут ускользнуть и образовать новые опухоли.
Это может позволить хирургу взглянуть на периметр растущей опухоли и использовать форму для определения того, какие области могут быть более проблематичными — где им нужно удалить больше ткани вокруг опухоли, а где нет необходимости. много."
Килиан надеется, что структурированная, сконструированная тканевая среда даст исследователям новый способ находить и культивировать раковые стволовые клетки, которые были очень труднодостижимыми в обычных культурах — менее 1 процента клеток, сказал он.
Помимо фундаментальной науки о поиске и понимании этих клеток, распространяющих рак, он также считает, что искусственно созданная опухолевая среда имеет терапевтическое применение в персонализированной медицине.
"Вы можете представить, что у пациента определенная опухоль. Вы можете сконструировать это в чашке и, используя собственные клетки пациента, вы можете разработать модель их конкретной опухоли для тестирования лекарств », — сказал он. «Если бы вы могли взять клетки пациента и в течение нескольких дней иметь микропухоли, которые можно было бы использовать для проверки всех доступных лекарств, то онколог мог бы назначить лечение, специально разработанное для пациента, которое нацелено как на опухолевые клетки, так и на эти неуловимые раковые стволовые клетки, которые в настоящее время мы не видим.
«Предстоит еще много работы, но мы очень взволнованы тем, как очень простое свойство материала растущей опухоли может быть виновником распространения болезни.
Мы думаем, что это открывает новые возможности для исследований в области разработки лекарств, проведения хирургических операций и понимания прогрессирования и распространения рака », — сказал Килиан. "Рак очень сложен, поэтому ключевым моментом является его рассмотрение в контексте. Если есть микросреда, которая обеспечивает контекст для активации клеток, которые могут распространять рак, то это важно знать."