В исследовании, опубликованном сегодня в журнале Integrative Biology, команда инженеров из Rensselaer разработала in vitro – в лаборатории – модель лимфатических сосудов для изучения роста опухолевых эмболов, скоплений опухолевых клеток в сосудах, которые часто связаны с увеличением метастазов и других заболеваний. рецидив опухоли.
"Рост опухолевых эмболов важен для распространения и метастазирования некоторых видов рака. Например, воспалительный рак молочной железы имеет такую схему роста, как просто массовое распространение эмболов, растущих в лимфатических сосудах дермы, в груди, и в этом отношении он очень агрессивен », – сказала Кристен Миллс, доцент кафедры машиностроения в Rensselaer, руководившая это исследование. "Этот рост опухолевых эмболов на самом деле мало изучен."
Предыдущие модели опухолей в лаборатории использовали неограниченные сфероиды опухолевых клеток, которые не позволяют исследователям изучать механические взаимодействия, которые действительно происходят в физических границах сосуда трубчатой формы. Чтобы более точно имитировать то, что происходит в организме, Миллс и ее команда смоделировали лимфатический сосуд в лаборатории, используя небольшой канал в геле.
Они поместили эти каналы в жесткий или мягкий биоинертный гель, чтобы имитировать ограничения, с которыми опухолевые эмболы могут столкнуться в жестких, пораженных тканях или мягких, здоровых тканях.
Чтобы учесть различное поведение клеток при росте, команда использовала агрегаты клеток рака молочной железы и толстой кишки для моделирования эмболов, одна из которых более агрессивна, а другая менее активна.
Исследователи обнаружили, что модель жесткой среды опухоли ограничивает оба типа опухолевых эмболов цилиндрическим каналом, вызывая быстрый рост эмболов вдоль сосуда. Но они обнаружили, что рост раковых клеток отличался в зависимости от их типа в более мягкой матричной модели, которая имитирует здоровую ткань толстой кишки или груди.
На агрессивные клетки вообще не повлияло присутствие открытого канала, и они росли как сфера, выпирая в матрицу, в то время как менее агрессивные клетки сначала росли вдоль канала в течение нескольких дней, а затем выпирали в матрицу. Исследователи связали различия в росте со способностью раковых клеток генерировать силу.
Независимые измерения показали, что агрессивные раковые клетки способны проявлять значительно большую силу, чем менее агрессивные клетки.
По словам Миллса, рост вдоль сосуда или канала проблематичен, потому что клетки внутри опухоли имеют постоянный доступ к жизненно важным питательным веществам через стенку сосуда. По словам Миллса, когда опухолевые клетки растут в виде сферы и начинают раздуваться, клетки в центре этой массы удаляются все дальше и дальше от питательных веществ, пока они не отсекаются и в конечном итоге умирают. Эта информация может иметь решающее значение для терапевтического дизайна и назначения.
«Мы думаем, что это важно, потому что это каким-то образом предполагает, что, если опухолевая ткань, окружающая эти сосуды, была аномально жесткой из-за болезни, или если, например, ткань груди уже стала более плотной или жесткой, вы действительно можете увидеть гораздо больший рост. внутри сосудов, чем с более мягкой тканью ", – сказал Миллс, который также является членом Центра биотехнологии и междисциплинарных исследований (CBIS) в Rensselaer.
Джонатан Кулватно, аспирант кафедры биомедицинской инженерии в Rensselaer, был первым автором этой статьи.
Миллс и Кульватно сотрудничали с исследователями с горы Синай.
Этот уникальный машиностроительный подход к изучению рака является отличительной чертой трансформирующей работы, проводимой в CBIS, где исследователи, такие как Миллс, могут сотрудничать в разных дисциплинах с другими инженерами и учеными, работающими в аналогичных областях.
«Инженерный подход профессора Миллса к изучению рака закладывает важную основу, где используются междисциплинарные подходы для понимания механобиологии рака с конечной терапевтической целью», – сказал Дипак Вашишт, директор CBIS.
По ее словам, по мере того, как Миллс и ее команда продолжают свои исследования, они ищут новые способы сделать эти модели более сложными, не теряя при этом способности изолировать критически важные механические механизмы.