Nowy mechanizm interakcji w przerzutach nowotworowych do kości
Kiedy komórki nowotworowe po raz pierwszy atakują tkanki kostne, dostają się do środowiska w dużym stopniu regulowanego przez osteocyty, które stanowią ponad 90 % naszych komórek kości. Coraz liczniejsze dowody wskazują na to, że przejmują one kontrolę nad prawidłowym cyklem przebudowy kości, równowagą homeostatyczną między tworzeniem a resorpcją kości. Mogą one przez lata pozostawać w stanie uśpienia i zostać reaktywowane w celu utworzenia zmian przerzutowych.
Hodowla in vitro pozwoli poznać interakcję komórek nowotworowych z kością
Celem zespołu projektu META-DORM było rzucenie światła na mechanizmy sygnalizacyjne pomiędzy przerzutowymi komórkami nowotworowymi a mikrośrodowiskiem kości. Badania przeprowadzono przy wsparciu z działania Maria Skłodowska-Curie, częściowo w laboratorium nieżyjącego już profesora Chrisa Jacobsa z Uniwersytetu Columbia w Nowym Jorku, i dotyczyły chemicznych i fizycznych interakcji między komórkami kości a komórkami nowotworowymi, zarówno w stanie uśpienia, jak i podczas stymulacji mechanicznej. „Naszym ostatecznym celem było zbadanie nowych celów terapeutycznych na potrzeby zapobiegania lub leczenia przerzutów raka”, wyjaśnia pracownik naukowy MSC Stefaan Verbruggen. Naukowcy należący do grupy Knight Research Group działającej przy Instytucie Inżynierii i Materiałoznawstwa na Londyńskim Uniwersytecie Queen Mary rozpoczęli wspólną hodowlę in vitro komórek osteocytów wraz z różnymi liniami komórkowymi raka piersi i prostaty, wykorzystując mikroperforowane błony umożliwiające im wymianę sygnałów cytokinowych. „Nasz zamysł polegał na opracowaniu eksperymentalnej strategii laboratoryjnej naśladującej sygnalizację in vivo, która ma miejsce podczas rozsiewu nowotworu”, podkreśla Verbruggen. Ze względu na fakt, że mechaniczne obciążenie kości, spowodowane wysiłkiem fizycznym, ma krytyczne znaczenie dla sygnalizacji zdrowych kości in vivo, naukowcy zastosowali również obciążenie osteocytów w celu określenia wpływu na inwazję, migrację i proliferację komórek nowotworowych. To nowe rozwiązanie stanowiło próbę replikacji sygnalizacji in vivo pozwalającą na zbadanie wzajemnych oddziaływań między komórkami macierzystymi i przerzutowymi w różnych warunkach.
Znaczenie badań dla przyszłego wykorzystania
Główne odkrycia dokonane w ramach projektu wykazały, że osteocyty mogą zapobiegać proliferacji komórek nowotworowych i skłaniać je do zachowań migracyjnych. To tłumienie wzrostu nowotworu wydaje się być zależne od obecności rzęski pierwotnej osteocytu, podłużnej organelli, która wystaje z powierzchni komórki i reguluje odpowiedź komórek kości na siły mechaniczne i pewne bodźce biochemiczne. Jednak komórki nowotworowe wydzielają cytokinę TGF-β, która zmniejsza ekspresję rzęsek pierwotnych w osteocytach. W rezultacie osteocyty nie mogą dłużej hamować proliferacji komórek nowotworowych, co prowadzi do zmian nowotworowych w kości. „Nasze wyniki wskazują na obecność pętli odpowiedzi zwrotnych, w której komórki nowotworowe kontrolują swój własny wzrost przerzutów poprzez zakłócenie możliwego endogennego mechanizmu przeciwnowotworowego kości”, opowiada Verbruggen. Badanie META-DORM rzuca światło na nowy mechanizm kontrolujący powstawanie przerzutów nowotworowych w kości oraz potencjalną strategię leczenia polegającą na manipulacji rzęskami pierwotnymi. Dalsze badania i wykorzystanie tego interesującego mechanizmu będą miały istotny wpływ na społeczeństwo europejskie, ponieważ powiększają bazę wiedzy europejskiego środowiska naukowego w dziedzinie biologii rzęsek pierwotnych i badań nad rakiem. Zespół naukowy otrzymał multidyscyplinarną nagrodę od brytyjskiej Rady ds. Badań w zakresie Inżynierii i Nauk Fizycznych oraz organizacji Cancer Research UK za opracowanie mikroprzepływowej platformy narządów na chipie, która lepiej imituje mikrośrodowisko in vivo kości i nowotworów. „Ten model narządu na chipie pozwoli nam przetestować potencjalne strategie terapeutyczne oparte na modyfikacji rzęsek pierwotnych za pomocą leków”, podsumowuje Martin Knight, profesor mechanobiologii w Instytucie Bioinżynierii i jeden z dyrektorów Centrum Predykcyjnych Modeli In Vitro oraz www.cpm.qmul.ac.uk/emulate/ (Centrum Odwzorowywania Narządów na Chipach) na Londyńskim Uniwersytecie Queen Mary.
Słowa kluczowe
META-DORM, rak, kość, osteocyt, przerzut, guz, rzęski pierwotne, TGF-β
