Gel na bázi řas nabízí nový nástroj pro výzkum rakoviny prsu

V roce 2020, hned, když Jane Baude začala Ph.D. Výzkum na UC Santa Barbara se dozvěděla, že kritická složka jejího experimentu-gelu potřebná k růstu a testování epiteliálních buněk mléčné žlázy-by nebyla k dispozici téměř rok kvůli problémům s výrobou související s pandemií. Ona a její poradce, profesor Ryan Stowers, se tedy rozhodli otočit: Baude by vytvořila svůj vlastní gel ke studiu buněk.

Nyní Baude, Stowers a jejich kolegové vytvořili v laboratoři gel na bázi řas jako platformu pro studium mléčné žlázy epiteliální buňkykteré vytvářejí kanály a žlázy produkující mléko ve zdravé tkáni prsu a mohou se transformovat rakovinné buňky. „Nejenže jsme vytvořili něco, co dokáže napodobovat komerčně vyrobené gely, ale dokázali jsme použít to, co jsme získali ve výhodě, abychom se dozvěděli více o buňkách a materiálu,“ řekl Baude.

Ve výzkumu Publikováno v časopise Pokroky vědyTým ukazuje, že jejich gel úspěšně podporuje vývoj normální tkáně mléčné žlázy a může být upraven tak, aby nasměroval, jak rostou buňky. Úpravou mechanických a biochemických vlastností gelu se mohou vědci dozvědět více o tom, jak jsou buňky v těle formovány jejich fyzickým prostředím.

Při pohledu na vztah mezi buňkami a jejich fyzickým prostředím může nabídnout nové poznatky o tom, jak se vyvíjí rakovina. Historicky, výzkum rakoviny se zaměřil na to, jak mutace iniciují kaskádu signálů, které řídí růst nádoru, vysvětlil Stowers.

„Prostředí, ve kterém buňka roste, je stejně důležité jako její genetika,“ řekl. „Můžete dát stejné buňky do různých prostředí a mohou se chovat jako normální buňkyNebo se mohou chovat jako invazivní maligní buňky, jen změnou kontextu, ve kterém rostou. “

Jejich nové gelové prostředí může poskytnout nové pochopení toho, jak „sousedství“, které buňky obývají v těle, posílají buňky dolů vývojové dráhy, které vedou k rakovině, řekl Stowers, který má společné jmenování v oddělení strojního inženýrství a bioinženýrství.

Přímé epiteliální buňky „suterénní membrány“

Ve vašem těle se sousedství, kde žijí epiteliální buňky, se nazývá suterénní membrána.

„Všechny epiteliální buňky ve vašem těle jsou obklopeny touto velmi tenkou olouben proteinů, které ukotví buňky na místě, poskytují podporu a zároveň hrají důležitou roli v buněčné signalizaci,“ řekl Stowers.

Výsledkem je, že vědci, kteří studují epiteliální buňky v laboratoři, potřebují ekvivalentní suterénní membránu, aby pochopili, jak tyto buňky působí v jejich prostředí. Většina komerčně vyráběných rekonstituovaných suterénních membránových produktů vyrobených pro studium rakoviny prsu a tkáně prsu se extrahuje z myších nádorů.

Zatímco tradiční gely jsou široce používány, „každý ví, že nejsou dokonalí,“ řekl Stowers, který odvedl předchozí práci s gely na bázi řas.

Když on a Baude začali pracovat, vzpomněl si: „Mysleli jsme si, proč se nesnažíme překonat některá z těchto omezení? Pokud se chystáme projít snahou navrhnout nový gel, můžeme se pokusit začít od nuly a vytvořit určitou laditelnost a modularitu do syntetického systému, který se snažíme rozvíjet.“

Tuhé bazální membrány spojené s nádory

Buňky reagují na fyzikální vlastnosti toho, co je obklopuje, ať už v laboratoři nebo v těle. Schopnost upravit vlastnosti membrány v laboratoři pomáhá vědcům vidět, jak buňky reagují na různá prostředí.

„Buňky jsou zvláště mechanosenzitivní, takže například mohou cítit rozdíl mezi měkkým gelem a tvrdým gelem,“ řekl Stowers, který zaměřuje svůj výzkum na to, jak buňky interagují s mechanickými vlastnostmi svého prostředí.

Tyto interakce mohou hrát roli v rakovině. Nedávný výzkum spojil přísnější okolní prostředí s vývojem nádoru.

„Často, když se lidé cítí ztuhnou hrudku, jdou to zkontrolovat, intuitivně vědí, že tato tvrdá hmota, tento tuhý hrudník, je potenciálně špatná,“ vysvětlil Stowers. „Žašní žláza je jednou z měkčích tkání v těle, ale zhoubného nádoru ve skutečnosti zvyšuje tuhost v průběhu onemocnění.“

Nový gel přidává přesnost, flexibilitu

Vývoj syntetiky suterénní membránaBaude použil dříve studovaný gel na bázi řas a testoval kombinace krátkých peptidových sekvencí, dokud neodpovídal schopnostem Matrigelu, komerčně dostupného gelu pro studium mléčných buněk. Ona a její kolegové také měnili zesíťování a délku polymerních řetězců v gelu, aby modifikovali jeho tuhost a jak rychle reaguje na aplikovanou sílu.

„Našli jsme kombinaci mechanických a biochemických podnětů, které fungují dobře,“ řekla. „Některé ze změn, které jsme byli schopni provést v gelu, nám pomáhají vybrat si, jak různé druhy matic přispívají k vývoji buněk.“ Další modifikace také umožnily vědcům napodobit matrici, která zvyšuje pravděpodobnost, že se buňky stanou rakovinou.

Ve správných podmínkách byly buňky umístěné v gelech schopny si vytvořit vlastní suterénní membrány, Stowers řekl: „Ale když dodáváme nesprávné narážky, začnou vyrábět jiné proteiny a nevyvíjí se správným způsobem.“

Stowers a jeho kolegové mají zájem o prozkoumání rozsahu, v jakém mohou kontrolovat počáteční podmínky gelu na vývoj buněk, včetně možnosti použití gelu k růstu komplexních tkání a orgánů z buněk pacienta.

„Doufáme,“ řekl, „že použitím inženýrského přístupu k vývojové biologii můžeme odhalit vhled do toho, jak vést tvorbu složitých funkčních tkání.“