Una vista illustrata al microscopio di una coltura 3D di cellule tumorali. Una cellula cancerosa genera forze (in rosso) che spostano il materiale tissutale più lontano. La nuova tecnica rileva il movimento del materiale per calcolare le forze cellulari. Credito:Juho Pokki/Aalto University
La ricerca su come crescono e si diffondono i tumori è stata convenzionalmente condotta su colture cellulari bidimensionali e piatte, che è molto diversa dalla struttura tridimensionale delle cellule del corpo. Sono state sviluppate colture cellulari 3D che incorporano materiale tissutale, ma sono mancati i metodi per misurare il modo in cui le cellule tumorali usano la forza per diffondersi.
Ora, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo metodo per la coltura 3D per quantificare accuratamente il modo in cui le cellule tumorali generano forze per diffondersi all'interno dei tessuti. "Abbiamo applicato il metodo per l'indagine sulla progressione precoce del cancro al seno", afferma Juho Pokki, ricercatore principale dell'Università di Aalto che ha guidato la ricerca.
Questo studio, una collaborazione tra scienziati dell'Università di Aalto e dell'Università di Stanford, è stato pubblicato sulla rivista Nano Letters .
Le nanosfere misurano gli impulsi di forza che si accumulano in forze più forti
Un tumore primario può formarsi all'interno del dotto mammario del seno, dove le cellule cancerose sono confinate da una speciale membrana, chiamata membrana basale. Le cellule del cancro al seno sono più grandi dei pori di queste membrane, quindi devono sfondare per diffondersi ad altri tessuti. In precedenza, i ricercatori pensavano che le cellule utilizzassero gli enzimi per dissolvere le membrane, ma ora si è capito che le cellule del cancro al seno utilizzano un altro meccanismo che coinvolge le sporgenze cellulari per passare attraverso le membrane.
"In questo meccanismo, le cellule del cancro al seno utilizzano le forze generate dalle sporgenze per aprire i canali all'interno del materiale della membrana. Quindi, le cellule tumorali entrano nel tessuto circostante e possono viaggiare ulteriormente verso i vasi sanguigni per diffondersi al resto del corpo. In effetti, , i vasi sanguigni sono anche circondati da una membrana basale. Le cellule del cancro al seno utilizzano potenzialmente un meccanismo simile per penetrare in quelle membrane basali", spiega Pokki. "Il gruppo del professor Ovijit Chaudhuri a Stanford ha originariamente scoperto questo meccanismo di protrusione nel 2018. La collaborazione con il suo gruppo è stata la chiave del significato fisiologico di questo lavoro", afferma Pokki.
Una nuova tecnica misura le forze generate dalle cellule tumorali con un microscopio biologico che rileva le sfere biocompatibili all'interno del materiale tissutale. Le forze cellulari vengono calcolate utilizzando informazioni su due tipi di sfere, una che rileva il movimento su scala nanometrica e un'altra che misura le proprietà meccaniche. La tecnica rivela che le cellule tumorali generano forze in modo graduale e le forze si accumulano all'interno del materiale tissutale, circondando un tumore al seno. Credito:Juho Pokki/Aalto University
Il nuovo studio utilizza colture cellulari 3D composte da cellule di cancro al seno e materiale standard della membrana basale. All'interno delle culture 3D, i ricercatori hanno incorporato due tipi di sfere biocompatibili:un tipo si muoveva insieme alle forze generate dalle cellule tumorali e l'altro tipo misurava la meccanica di costrizione della forza. È stato utilizzato un microscopio a fluorescenza modificato per registrare video di queste sfere e tracciarle su nanoscala.
Ciò ha permesso ai ricercatori di misurare gli impulsi di forza provenienti dalle cellule tumorali. "Studi precedenti avevano misurato il movimento delle sporgenze cellulari per periodi di tempo più lunghi, ma il nostro studio ha dimostrato che molte cose possono accadere in soli 15 minuti. Abbiamo visto movimenti su scala nanometrica e impulsi di forza in pochi secondi, il che è sorprendente. Inoltre, questi impulsi si accumulano , con conseguente forze più forti applicate sul materiale della membrana", afferma Pokki.
"Questo è attualmente il metodo più accurato per misurare il modo in cui le forze cellulari vengono generate nella cultura 3D", aggiunge Pokki.
Verso uno sviluppo di farmaci più efficiente e personalizzato
Il cancro al seno è la forma di cancro più comune per le donne a livello globale. Ogni anno, nella sola Unione Europea, a più di 350.000 donne viene diagnosticato un cancro al seno.
Lo sviluppo di farmaci contro il cancro al seno è costoso, lento e spesso inefficiente, poiché meno del 5% dei farmaci candidati selezionati utilizzando colture cellulari 2D e esperimenti su animali si dimostrano efficaci negli studi clinici sull'uomo.
"I nostri metodi forniscono dati computazionali più accurati sulle forze cellulari durante l'invasione da parte delle cellule del cancro al seno. Il nostro gruppo combina i metodi con la tecnologia di microscopia per rendere più riproducibili gli esperimenti nell'area della coltura cellulare 3D. Credo che gli sviluppi tecnologici alla fine aumenteranno la ricerca preclinica Abbiamo già avviato un progetto correlato nell'area della medicina oncologica personalizzata", rivela Pokki. + Esplora ulteriormente
