Пресс-центр / новости / Наука /
Тип клеток рака молочной железы и биомеханические свойства децеллюляризированных органов мыши влияют на колонизацию опухолевых клеток
Онкологические заболевания, несомненно, являются бичом современности. По статистике ВОЗ рак занимает второю строчку рейтинга смертности в мире. В связи с этим, мировой науке брошен вызов по созданию новых и эффективных методов лечения рака. Однако, для создания прорывных методов терапии требуются новые методы исследования фундаментальных основ опухоли. Благодаря совместной работе исследователей из ННГУ имени Лобачевского, ИБХ РАН и Сеченовского университета стало возможным раскрыть один из возможных аспектов жизни опухоли, влияющий на появление метастазов, а именно влияние биомеханических свойств опухолевой ткани на прогрессирование и трансформацию раковых клеток.
Рисунок 1. Схема метода и основные результаты
На первом этапе работы была создана трёхмерная опухолевая модель с использованием классического метода тканевой инженерии - децеллюляризации. Различные ткани мыши, такие как лёгкие, печень, почки, селезёнка и яичники были подвергнуты процедуре децеллюлляризации, то есть удалению всех клеточных компонентов, с сохранением трёхмерного каркаса ткани – внеклеточного матрикса.
Следующим шагом стало определение основных биомеханических параметров матрикса, таких как жёсткость, размер пор и диаметр белковых волокон. Вначале был использован наиболее стандартный метод измерения жесткости - наноиндентирование. В этом случае жесткость отдельных волокон (локальная жесткость) измерялась на уровне взаимодействия клеток с матриксов. Второй подход, макроиндентирование, позволил оценить макромасштаб, или общую жесткость ткани. Было определено, что структура матрикса является тканеспецифичной: так, матрикс лёгких обладает наименьшей жёсткостью и наибольшим размером пор, а матрикс почек напротив, представляет из себя структуру с наибольшей жёсткостью и наименьшим размером пор. Для сравнения была использована стандартная модель на основе коллагена I типа. Оказалось, что биомеханический свойства коллагена разительно отличаются от природного матрикса как по жёсткостным характеристикам, так и по своей трехмерной структуре.
Для определения влияния перечисленных параметров на рост и развитие опухолевых клеток, матриксы были заселены клетками разных линий рака молочной железы: MDA-MB-231 и SKBR-3. По своей природе эти линии клеток сильно различаются. MDA-MB-231 является ярким представителем трижды отрицательного рака молочной железы, низкодифференцированного и очень агрессивного. В то же время, линия SKBR-3 напротив, очень сильно походит на нормальные клетки и обладает низкой скоростью роста.
Было выяснено, что низкодифференцированные клетки линии MDA-MB-231 предпочитают расти в матриксах с низкой общей жёсткостью и большим размером пор, в то время для высокодифференцированной линии клеток SKBR-3 была обнаружена тенденция к росту в матриксах с более низкой локальной жёсткостью, при этом размер пор, по всей видимости, не играет особой роли. Таким образом, можно предположить, что в случае инвазивных клеток большой размер пор матрикса имеет решающее значение, поскольку он не препятствует миграции клеток, а для неинвазивных линий локальная жесткость является важным фактором, поскольку рост колонии предполагает распространение матрикса волокна во время роста клеток.
В этой работе впервые была доказана зависимость между биомеханическими свойствами внеклеточного матрикса и поведением опухолевых клеток, а также выдвинута гипотеза, что архитектура матрикса и биомеханика являются важными факторами в управлении метастатическим процессом наряду с химическими факторами.
Работа была частично поддержана грантом Российского научного фонда № 21-74-30016 при создании 3D-модели опухоли. Исследование биомеханики и структурных особенностей образцов в Сеченовском университете было профинансировано Министерством науки и высшего образования Российской Федерации в рамках грантового соглашения № 075-15-2021-596. Анализ поведения клеток с различными фенотипами был профинансирован Министерством науки и высшего образования Российской Федерации, проект №. FSWR-2023-0032.
26 сентября 2023 года