«Одна из ключевых особенностей рака груди заключается в том, что большинство пациентов выживают, если болезнь остается локальной, но при метастазировании клеток выживаемость снижается более чем на 70%», – сказал Луис Солорио, доцент кафедры инженерии Purdue. один из руководителей исследовательской группы. «Однако, как только клетки покидают первичную опухоль, они часто перестают реагировать на лекарства, которые изначально работали на пациента. Мы хотели разработать систему, которая могла бы помочь нам лучше понять, как физиология нового тканевого пространства влияет на опухолевые клетки при вторжении в новый орган."
Исследователи Purdue создали магнитно-движущуюся систему культивирования клеток, в которой раковые клетки можно выращивать в 3D на взвешенном внеклеточном матриксном белке, который присутствует в изобилии в ткани легких с ранними метастазами, чтобы оценить влияние механических сил.
Им удалось учесть амплитуду деформации и частоту дыхания в этой модели ткани. Исследователи обнаружили, что в этих условиях клетки перестают делиться. Исследование опубликовано в Advanced Functional Materials.
«Никогда прежде концепция движения не подвергалась сомнению как компонент микросреды опухоли», – сказал Майкл Вендт, доцент кафедры медицинской химии и молекулярной фармакологии Purdue. "Теперь мы понимаем, что здоровые органы используют движение, чтобы противостоять метастатической колонизации.
Разработка этой системы микроактюатора не только будет способствовать более глубокому пониманию биологии метастазирования, но также послужит платформой для нас, чтобы лучше оценить фармакологические ингибиторы наиболее смертоносного аспекта прогрессирования рака."
Хиовон «Хью» Ли, адъюнкт-профессор инженерных наук и исследователь в Центре нанотехнологий Бирка, был одним из руководителей исследовательской группы.
«Это первая попытка создать систему культивирования клеток, которая может прикладывать механические силы к подвешенной ткани», – сказал Ли. «Большинство биореакторов с возможностью механической стимуляции полагаются на выращивание 2D-культуры клеток на плоских небиологических субстратах, но мы используем специальный магнитный привод и суспендируем слой фибронектина для роста 3D-раковых клеток, подобных миниатюрной ткани.
«Наша система лучше имитирует физиологическую среду без использования искусственных субстратов. Используя эту платформу, мы показываем, что определенные раковые клетки замедляют свое распространение из-за циклического растяжения дыхания."
Эта работа была проведена в сотрудничестве пяти различных лабораторий, чтобы охарактеризовать механические и биологические свойства нового устройства.
Сара Калве, адъюнкт-профессор биомедицинской инженерии Purdue, и Адриан Буганза Теполе, доцент кафедры машиностроения Purdue, познакомились с механическими характеристиками растягивающего белка. Они измерили реакцию материала на растяжение и составили карту штаммов, ощущаемых раковыми клетками в различных местах устройства.
Анхель Энрикес, докторант лаборатории Ли, сказал: «Один из ключевых выводов – это преимущества сотрудничества с людьми за пределами вашей области знаний и то, как они могут проводить более полные исследования."
Сара Либринг, докторант и соавтор из лаборатории Solorio’s Lab, сказала: «Было потрясающе участвовать в разработке такого нового устройства, потому что, объединив опыт нескольких профессоров и нескольких лабораторий, мы теперь возможность изучать раковые клетки на динамически движущихся фибриллах фибронектина, что ранее было невозможно."