Ежегодно в США у почти 270 000 человек диагностируют рак молочной железы.

По данным Фонда Сьюзан Г. Комен, около 70–80% этих людей страдают раком молочной железы с положительным рецептором эстрогена (ER +), когда раковым клеткам для роста необходим эстроген. С точки зрения лечения, такое присутствие рецепторов гормонов обеспечивает хороший способ нацеливания на опухоли, скажем, с помощью методов лечения, которые отключают способность опухолевых клеток связываться с эстрогеном и предотвращают рост оставшихся клеток рака молочной железы .

Однако даже при успешном лечении в среднем у каждого пятого человека с ER+ раком молочной железы возникает поздний рецидив, когда спящие опухолевые клетки в отдаленных частях тела, таких как костный мозг , реактивируются где-то от пяти до более чем 20 лет после первоначального лечения . .

Исследователи из Университета Делавэра разрабатывают инструменты, чтобы лучше понять, как это происходит.

В новой статье, опубликованной в журнале Science Advances в среду, 8 марта, исследователи UD во главе с инженером-химиком и биомолекулом Эйприл Клоксин сообщают о новой системе 3D-моделей для понимания межклеточных взаимодействий между клетками костного мозга и спящими клетками рака молочной железы.

«Большая проблема, которую мы пытаемся решить, — это потребность в улучшенных моделях заболеваний человека», — сказал Клоксин, профессор химической и биомолекулярной инженерии Томаса и Киппа Гутшалла. «В данном случае мы говорим о раке молочной железы, особенно о позднем рецидиве, который возникает в местах, удаленных от первоначальной опухоли, что может быть очень трудно обнаружить в сроки, полезные для лечения пациента, до дополнительного роста и распространения опухоли. рак из этих мест происходит.

«Мы хотели лучшую модельную систему для изучения механизма рецидива и оценки терапевтических подходов для предотвращения поздних случаев».

Связь между ячейками

Клоксин объяснила, что информация в литературе и в ее собственных исследованиях подтверждает, что микроокружение, которое распространяет опухолевые клетки в организме, может влиять на то, умирают ли клетки рака молочной железы изначально, становятся бездействующими или становятся бездействующими, а затем просыпаются.

Лина Прадхан, научный сотрудник Kloxin Group и ведущий автор статьи, наблюдала на животных моделях, что диссеминированные клетки рака молочной железы обычно обнаруживаются вблизи костной ткани. Это заставило ее задаться вопросом, играют ли эти костеобразующие клетки роль в обеспечении покоя опухолевых клеток рака молочной железы.

«Мы наблюдали спящие клетки рака молочной железы в области линии кости in vivo, что заставило меня больше задуматься о важности непрямых взаимодействий отдельных клеток для обеспечения покоя», — сказал Прадхан.

Чтобы изучить этот механизм, исследователи разработали трехмерную систему, которая позволила им поместить клетки кости и опухолевые клетки в две независимые камеры, разделенные мембраной, которая позволяла проходить между ними только секретируемым белкам. Клетки не соприкасались друг с другом и не конкурировали за пространство — настоящие проблемы, которые часто возникают, когда два типа клеток культивируются вместе в двумерной системе.

Уникальная 3D-система позволила исследователям наблюдать за обменом небольшими белками между клетками рака молочной железы и клетками кости, и то, что они увидели, было интересным.

В присутствии костных клеток продуцировались связанные с воспалением белки. Некоторые клетки рака молочной железы погибли. Однако, что более важно, значительный процент клеток рака молочной железы перешел в режим выживания и начал перерабатывать материал в клетках рака молочной железы посредством процесса, называемого аутофагией, который позволил опухолевым клеткам сохраняться без роста.

Изучение клеток в трехмерной мягкой среде (гидрогеле), очень похожей на ткани, которые клетки испытывают в организме, кажется ключевым.

«Мы считаем, что контекст, в котором клетка испытывает эти различные секретируемые белки, может иметь значение для клеточного ответа, в дополнение к факторам, присущим самим клеткам, с точки зрения переломного момента для того, способствует ли эта воспалительная среда смерти или дремоте», — Клоксин. сказал.

Моделирование этих взаимодействий может помочь ученым и инженерам понять, что происходит, и впоследствии нацелить новые методы лечения или наблюдения для более раннего обнаружения этих повторений вторичного местоположения. Отделение клеток рака молочной железы от клеток кости в их системе 3D-модели позволило исследовательской группе наблюдать, как пробуждаются клетки рака молочной железы, и начать рассматривать способы предотвращения их пробуждения и повторения рака.

Исследовательская группа защитила модельную систему предварительным патентом через Управление экономических инноваций и партнерства Университета (OEIP). Клоксин сказала, что надеется, что модельная система команды может быть полезна другим, работающим над улучшенными стратегиями лечения или для лучшего изучения того, как эти клетки реактивируются, а затем использовать терапевтические средства для подавления этого поведения реактивации.

Клоксин не понаслышке знает, как тяжело наблюдать, как у любимого человека рецидив рака. У ее матери, Хелен Моррис, в 2003 году был диагностирован эстроген-позитивный рак груди. Моррис прошла успешное лечение и оставалась свободной от рака в течение 17 лет, пока в 2020 году у нее не случился поздний рецидив. Клоксин тоже пережила рак груди.

Поскольку синтетическая матрица модели надежна и воспроизводима, исследователи считают, что она также может помочь ученым, изучающим другие заболевания или рак.

«Мы надеемся, что наша модельная система может быть одним маленьким кусочком, который поможет найти решения для долгосрочного рецидива рака», — сказал Клоксин.

Будущая работа в лаборатории Kloxin может включать в себя партнерские исследования клеток, полученных от пациентов, для изучения того, что движет прогрессированием опухолевых клеток. Исследовательская группа также сотрудничает с Inventia, чтобы протестировать платформу биопечати биотехнологической компании для перевода 3D-моделей культуры для рака молочной железы и технологий заживления ран, среди прочего.