Stisknutí malých krevních cév může vyvolat melanomové buňky k šíření

Devět z 10 nejběžnějších úmrtí na rakovinu v Austrálii je způsobeno solidními nádory, ale ve většině případů je to rozšíření rakoviny do jiných částí těla – známé jako metastáza – to se ukáže jako fatální.

Nyní vědci UNSW Sydney odhalili potenciální spouštěč pro metastázy: mačkání rakovinné buňky nejmenšími žilami, které je transformují v jiný typ buňky, nyní schopné tvořit nové nádory.

Ve studii zveřejněné ve Přírodní komunikaceVědci popsali, jak vytvořili biomedicínské zařízení, které simulovalo tok krve Prostřednictvím našich nejužších krevních žil. Ukázali, že když jsou lidské rakovinné buňky lidského melanomu nuceny přes kanály užší než 10 mikrometrů – asi pátá šířka lidských vlasů – se začnou chovat spíše jako kmenové buňkyZískání vlastností, které jim mohou pomoci přežít, šířit a vytvářet nové nádory.

Zjištění podporuje teorii, která dlouho drží lékařské vědce, že mechanický tlak úzkých krevních cév by mohl být rakovinné buňky agresivnější. Zatímco nedávné výsledky byly pozorovány v bioinženýrských zařízeních v laboratoři a u myší, nabízejí novou perspektivu, která by mohla informovat další výzkum a budoucí strategie, aby se zabránilo šíření rakoviny.

„Po dlouhou dobu jsme plně nepochopili, jak se rakovina šíří na vzdálené orgány,“ říká spoluautor profesor Kris Kilian s UNSW School of Materials Science a Engineering a School of Chemistry.

„Většina nádorové buňky Cirkulace v krvi je špatně vybavena tak, aby přežila a šířila se do jiných orgánů, ale u některých pacientů stále vidíme vysokou míru metastáz.

„Naše zjištění maluje nový obrázek, kde se rakovinné buňky spustí, aby se staly více tumorigenními – což znamená, že mohou vytvořit nové nádory – po stlačení nejužšími prostory, což naznačuje, že tento proces může předcházet událostem, jako jsou metastázy kostí a mozku.“

Simulace krevních cév

Vědci vytvořili zařízení menší než poštovní známka, která napodobovala způsob, jakým krev cestuje po lidském těle progresivně užší kanály simuluje malé kapiláry, které jsou přítomny v mnoha tkáních.

Vedoucí autor studie Dr. Giulia Silvani vytvořil „mikrofluidické“ zařízení na kampusu v australském národním výrobním zařízení (ANFF), nanotechnologickém společném podniku mezi UNSW, University of Sydney a UTS. Vyrobila kanály z PDM – typu biokompatibilního gumového plastu – který se pohyboval od 30 mikrometrů na šířku až po pouhých 5.

Dále Dr. Silvani čerpal roztok bohatý na živiny podobný krevní plazmě-a obsahujícím lidský melanomový buňky-průtokem stejného průtoku krve teče v kapilárách.

„Do 15 minut od stisknutí nejmenších kanálů jsme pozorovali, jak se melanomové buňky fyzicky deformovaly,“ říká Dr. Silvani. „Když jsme analyzovali buňky, detekovali jsme proteiny spojené s šířením rakoviny a chováním podobným kmenovým buňkám-což způsobuje, že mechanický stres je přeprogramoval, aby přijali tento nový stav.“

Aby se testovaly, zda se tyto mačcené rakovinné buňky s větší pravděpodobností rozšířily v těle, vědci je injikovali do myší, které postrádají fungující imunitní systém – umožňující přežití a růst lidských melanomových buněk. Po 30 dnech zjistili, že myši vzhledem k vymačkané buňce se vyvinuly výrazně více nádorů v plicích, kosti a mozku, ve srovnání s buňkami „neodessaných“ buněk. Vědci tvrdí, že to znamená, že mačkání činí rakovinné buňky agresivnější a tumorigenní.

„Jedním z nejzajímavějších aspektů tohoto projektu byla možnost studovat metastatické rakovinné buňky způsobem, který dosud nebyl možný,“ říká Dr. Silvani.

„Jejich cesta tělem je tak skrytá, zanechává malou stopu a činí je neuvěřitelně obtížné zachytit v akci. Dokázali jsme však tuto cestu v laboratoři znovu vytvořit, což nám dává vzácný pohled do okamžiku, kdy se tyto buňky přepnou do jejich nejagresivnějšího stavu.

„Být schopen odhalit i malou část tohoto tajemství se cítí jako důležitý krok k porozumění a nakonec zastavení šíření rakoviny.“

Budoucí léčebné cesty

Kilian říká, že zjištění zvyšují nové představy o možných možnostech léčby zaměřené na zabránění šíření rakoviny z nádorů.

„Tyto výsledky otevírají nové možnosti prognózy a léčby zaměřením na mechanické síly, které vedou k metastázám,“ říká.

„Poté bychom se mohli podívat na rakovinné buňky zjištěné v krevním oběhu pacienta, abychom studovali jejich náchylnost k tomuto druhu transformace, což by nám mohlo pomoci posoudit riziko metastáz pro tohoto jednotlivce.

„Nebo bychom mohli použít MRI nebo jiné zobrazovací techniky k identifikaci oblastí s vysokou hustotou mikro cév ke sledování metastáz, možná dokonce zasahují, aby bylo pro buňky mnohem těžší dostat se k těmto malým kapilárům.

„Jde o to, že si myslelo, že to byl jen tento extrémně vzácný typ buňky, který si našel cestu z primárního nádoru na místo, kde by mohli napadnout. Ale ne, v některých případech je to vlastně mačkání, které mění buňku na tento vzácný typ, a může to dát vědci rakoviny do mnohem silnější pozice, aby si vymysleli nové strategie léčby.“

Další kroky

Kilian říká, že asi 90% práce pro tento projekt bylo na rakovinných buňkách melanomu a doufá, že stejné závěry budou vyvozeny, když se vědci podívají na mačkání na volně plovoucí buňky z jiných nádorů rakoviny.

„Věřím, že najdeme důkazy, že mnoho pevné nádory Metastazujte tímto způsobem – například, již vidíme přesvědčivé důkazy, když tyto experimenty opakujeme s rakovinou prsu – a těším se na testování řady typů rakovinných buněk v laboratoři, “říká.

„Ale jsem rád, že jsme zahájili naši studii s melanomovými buňkami, protože rakovina kůže má v Austrálii tak vysokou úmrtnost, když se šíří do jiných orgánů. Je životně důležité, abychom lépe porozuměli metastázům melanomu, abychom lépe léčili ty, kteří trpí touto smrtící nemocí.“

Dr. Silvani chce, aby v mikrofluidicích chtěla napodobovat, jak se rakovina šíří tělem.

„Sledování této myšlenky roste z jiskry intuice do skutečného objevu, bylo hluboce inspirativní,“ říká.

„Je to silná připomínka toho, čeho lze dosáhnout, když se setkávají inženýrství a biologie. Buňky jsou složité stroje a rozmotání jejich tajemství vyžaduje přesný design a inovativní nástroje, které vede biologie, které biologie poskytuje.“