Рак молочной железы использует силу для создания каналов в ткани

Исследование роста и распространения рака традиционно проводилось на двумерных, плоских культурах клеток, что сильно отличается от трёхмерной структуры клеток в организме. Были разработаны 3D-культуры клеток, включающие тканевый материал, но не хватало методов для измерения того, как раковые клетки используют силу для распространения.

Теперь исследователи разработали новый метод 3D-культивирования для точного количественного определения того, как раковые клетки генерируют силы для распространения внутри ткани. «Мы применили метод для исследования раннего прогрессирования рака молочной железы», — говорит Юхо Покки, главный исследователь из Университета Аалто, руководивший работой.

Это исследование, совместная работа учёных из Университета Аалто и Стэнфордского университета, опубликовано в журнале Nano Letters.

Наносферы измеряют импульсы силы, которые накапливаются в более сильные воздействия

Первичная опухоль может формироваться внутри молочного протока, где раковые клетки ограничены специальной мембраной — базальной мембраной. Клетки рака молочной железы больше пор в этих мембранах, поэтому они должны прорваться, чтобы распространиться на другие ткани. Ранее считалось, что клетки используют ферменты для растворения мембран, но теперь понятно, что клетки рака молочной железы используют другой механизм, связанный с клеточными выпячиваниями.

«В этом механизме клетки рака молочной железы используют силы, генерируемые выпячиваниями, чтобы открыть каналы в материале мембраны. Затем раковые клетки проникают в окружающую ткань и могут переместиться дальше к кровеносным сосудам для распространения по телу. Фактически, кровеносные сосуды также окружены базальной мембраной. Клетки рака молочной железы потенциально используют аналогичный механизм, чтобы прорваться через эти мембраны», — объясняет Покки.

Новое исследование использует 3D-культуры клеток, состоящие из клеток рака молочной железы и стандартного материала базальной мембраны. Внутри 3D-культур исследователи внедрили два типа биосовместимых сфер: один тип двигался вместе с силами, генерируемыми раковыми клетками, а другой — измерял механику ограничения силы. Модифицированный флуоресцентный микроскоп использовался для записи видео этих сфер и их отслеживания в наномасштабе.

Это позволило исследователям измерить импульсы силы, исходящие от раковых клеток. «Мы увидели движение в наномасштабе и импульсы силы в течение нескольких секунд, что поразительно. Более того, эти импульсы накапливаются, что приводит к приложению более сильных сил к материалу мембраны», — говорит Покки.

«На данный момент это самый точный метод измерения того, как генерируются клеточные силы в 3D-культуре», — добавляет он.

К более эффективной и персонализированной разработке лекарств

Рак молочной железы — наиболее распространённая форма рака у женщин в мире. Только в Европейском союзе ежегодно диагностируется более 350 000 случаев.

Разработка лекарств против рака молочной железы дорога, медленна и часто неэффективна, поскольку менее 5% кандидатов в препараты, отобранные с использованием 2D-культур клеток и экспериментов на животных, оказываются эффективными в клинических испытаниях на людях.

«Наши методы предоставляют более точные вычислительные данные о клеточных силах во время инвазии клеток рака молочной железы. Я верю, что технологическое развитие в конечном итоге ускорит доклинические исследования. Мы уже начали связанный с этим проект в области персонализированной онкологии», — отмечает Покки.