Siły mechaniczne i ich zastosowanie do walki z rakiem
Siły fizyczne są podstawą wielu procesów biologicznych, w tym między innymi rozwoju guzów litych, takich jak rak piersi. Zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu MECHANO-CONTROL opracował szereg nowych informacji na temat oddziaływania tych sił oraz zaprezentował możliwości wykorzystania tej wiedzy do walki z rakiem piersi. Zespół opracował również innowacyjne narzędzia, które mogą utorować drogę do przełomowych metod leczenia nowotworów. „Jedna z najpowszechniej stosowanych technik badań przesiewowych używana w celu wykrywania raka piersi zakłada wykonywanie badania palpacyjnego piersi w celu wyczuwania guzków – nowotwory piersi są sztywniejsze i twardsze od zdrowej tkanki i to właśnie sztywnienie wpływa na rozwój choroby”, wyjaśnia Pere Roca-Cusachs Soulere, lider grupy zajmującej się mechanobiologią komórkową i molekularną w Katalońskim Instytucie Bioinżynierii w Hiszpanii. Aby zbadać te siły, interdyscyplinarny zespół naukowców przyjrzał się im w różnych skalach, od cząsteczek, przez poszczególne narządy, aż po cały organizm. Naukowcom udało się ustalić, w jaki sposób siły te przyczyniają się do rozwoju nowotworu piersi z mechanistycznego punktu widzenia.
Mechaniczna reakcja łańcuchowa
„Przy każdym naszym ruchu, komórki w naszych ciałach używają tak zwanych motorów molekularnych w celu wywierania oddziaływań na swoje otoczenie”, wyjaśnia Roca-Cusachs Soulere. „Odkryliśmy, że gdy tkanka jest sztywniejsza, dynamika tego zjawiska jest znacznie większa”. Dynamika przyłożonej siły zmienia właściwości wiązań chemicznych między komórkami i ich otoczeniem, przenosząc je tym samym dalej. Zapoczątkowuje to łańcuch zdarzeń, które mogą doprowadzić do deformacji jąder komórkowych, aktywacji genów związanych z nowotworami oraz inwazji nowotworu.
Zatrzymanie rozwoju nowotworu
Zespół projektu MECHANO-CONTROL przetestował szereg technik pozwalających na kontrolowanie tych sił mechanicznych i zatrzymanie progresji nowotworu poprzez odtwarzanie takich interakcji zarówno in vitro, jak i in vivo w modelach mysich nowotworu. Dane zgromadzone w ramach doświadczeń zostały połączone z systemami modelowania obliczeniowego w celu ustalenia zasad leżących u podstaw tych interakcji. Zespół opracował technologie hydrożelowe, które posłużą jako platforma testowa do dalszych badań nad rakiem oraz zostaną wykorzystane w procesie opracowywania nowatorskich leków. Syntetyzowane w laboratorium hydrożele charakteryzują się zróżnicowanymi poziomami sztywności i twardości, z jakimi mogą zetknąć się komórki. Dzięki nim badacze mogą testować różne metody wpływania na procesy mechaniczne poprzez odtwarzanie zachowania guza w kontrolowanym środowisku. Naukowcy złożyli już wniosek patentowy, jednocześnie skupiając się nad komercyjnym rozwojem platformy.
Droga do nowych leków na raka
Roca-Cusachs Soulere i jego współpracownicy zrealizowali także szereg obiecujących działań przyczyniających się do rozwoju nowych leków. Udało im się między innymi zidentyfikować szereg cząsteczek, które zdają się mieć obiecujące efekty w zakresie powstrzymywania rozwoju nowotworów, a także opracowali modele obliczeniowe pozwalające na opracowanie leku. „Mamy świadomość, że opracowanie nowego leku to długi i powolny proces, który wymaga wiele pracy i nie kończy się na odkryciu cząsteczki, która może zadziałać. Mimo to podejmujemy intensywne wysiłki, by umożliwić wykorzystanie naszych osiągnięć w warunkach klinicznych”. Badacze przyglądają się także możliwościom wykorzystania inżynierii komórkowej w leczeniu nowotworów. Oprócz raka piersi odkrycia dokonane w ramach projektu MECHANO-CONTROL mogą przyczynić się do skuteczniejszego leczenia wielu innych rodzajów nowotworów, w przypadku których występują guzy lite, między innymi raka trzustki. Wyniki projektu otwierają również nowe perspektywy leczenia zwłóknienia i projektowania biomateriałów stosowanych jako implanty w organizmie.
Słowa kluczowe
MECHANO-CONTROL, siły mechaniczne, guzy lite, rak piersi, mechanobiologia, technologie hydrożelowe, biomateriały
