Un team interdisciplinare di ricercatori dell'Indian Institute of Science (IISc) ha utilizzato un modello di tumore 3-D e nanomotori azionati magneticamente per sondare il microambiente delle cellule tumorali. Il team è composto da ricercatori del Center for Nano Science and Engineering (CeNSE) e Department of Molecular Reproduction, Sviluppo e genetica (MRDG).

Nel loro lavoro, pubblicato in Angewandte Chemie , il team ha guidato i nanomotori elicoidali a distanza tramite un campo magnetico esterno attraverso il modello di tumore per rilevare, mappare e quantificare i cambiamenti nell'ambiente cellulare. Il modello comprende cellule sane e cancerose incorporate all'interno di una matrice di membrana basale ricostituita, e imita l'ambiente del cancro al seno.

Lo studio mette in evidenza un nuovo modo di colpire le cellule cancerose manovrando i nanomotori all'interno di un tumore e aspettando che si localizzino nelle vicinanze del sito canceroso. "Abbiamo provato a guidare i nanomotori verso le cellule tumorali in un modello di tumore e li abbiamo osservati rimanere attaccati alla matrice vicino alle cellule tumorali, ma questo non è stato osservato vicino a cellule normali, "dice Debayan Dasgupta, un co-primo autore e dottorato di ricerca. studente presso CeNSE.

La matrice extracellulare (ECM) è una complessa rete 3D di proteine ​​e carboidrati secreti dalle cellule viventi nelle loro vicinanze. Però, quando le cellule cancerose secernono materiale fresco nell'ECM, interrompe la composizione chimica e fisica dell'ECM nativo che circonda le cellule sane, degradare l'ambiente locale. Perciò, capire come il microambiente cellulare viene alterato a causa delle cellule tumorali e misurare quantitativamente questi cambiamenti potrebbe essere fondamentale per comprendere la progressione del cancro.

Nello studio attuale, i ricercatori hanno scoperto che quando i nanomotori si avvicinavano alla membrana delle cellule cancerose, si sono attaccati alla matrice più fortemente di quanto farebbero alle cellule normali. Per misurare quanto fortemente i nanomotori si legano alla matrice, il team ha calcolato l'intensità del campo magnetico necessaria per superare la forza di attrazione, e andare avanti.

"Questo significa che le cellule cancerose stanno facendo qualcosa. Quindi, abbiamo fatto alcune misurazioni e abbiamo scoperto che [la forza adesiva] dipendeva dal tipo di cellule, la forza dell'interazione e anche a quale lato della cellula si è avvicinato il nanomotore, " spiega Ambarish Ghosh, Professore Associato al CeNSE e uno degli autori senior. "Alla fine, abbiamo davvero scoperto una proprietà fisica di un importante ambiente biologico".

Il motivo per cui i nanomotori sembrano aderire meglio alle cellule cancerose è la loro ECM carica. Ciò può essere dovuto alla presenza di 2, acido sialico 3-legato, una molecola coniugata allo zucchero che conferisce una carica negativa all'ambiente delle cellule cancerose, i ricercatori hanno scoperto. Hanno visualizzato la distribuzione di questi zuccheri utilizzando marcatori fluorescenti e hanno scoperto che gli acidi sialici erano distribuiti fino a 40 micrometri dalla superficie delle cellule cancerose, la stessa distanza fino alla quale i nanomotori hanno sperimentato una forte adesione.

Per contrastare questo effetto adesivo, il team ha rivestito i nanomotori con perfluoroottiltrietossisilano (PFO) che li ha protetti dall'ambiente carico. I nanomotori rivestiti non si sono attaccati alla matrice vicino alle cellule cancerose, mentre i motori non rivestiti erano attaccati alla matrice, confermando il fatto che il microambiente canceroso a carica negativa interagisce con i nanomotori in arrivo, rendendoli immobili.

"Quella che è stata una bella sorpresa è stata che in un ambiente simile, abbiamo scoperto che le cellule tumorali aggressive hanno finito per rimodellare l'ambiente circostante rendendole più appiccicose, e più ricco di zuccheri carichi specifici, "dice Ramray Bhat, Assistant Professor presso MRDG e uno degli autori senior. "Questa carica può essere potenzialmente utilizzata per colpire e uccidere minuscole popolazioni di cellule tumorali nascoste tra le loro controparti normali, per i quali stiamo estendendo questi studi agli animali viventi".