Studiare le cellule in 3-D potrebbe rivelare nuovi bersagli tumorali

Giugno 11, 2016 Admin Salute 0 1
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Lo studio, in collaborazione con i ricercatori della Washington University di St. Louis, appare nel numero di giugno di Nature Cell Biology.

"Scoprire come le cellule si muovono e attaccano alle superfici è fondamentale per la nostra comprensione del cancro e di altre malattie. Ma la maggior parte di ciò che sappiamo di questi comportamenti è stato appreso in ambiente 2-D di piastre di Petri", ha detto Denis Wirtz, direttore del la Johns Hopkins di Ingegneria in Oncologia Center e ricercatore principale dello studio. "Il nostro studio dimostra per la prima volta che le cellule si muovono modo all'interno di un ambiente tridimensionale, come il corpo umano, è fondamentalmente diverso dal comportamento che abbiamo visto in tradizionali piatti laboratorio piatto. E 'sia qualitativamente e quantitativamente diversi."




Una conseguenza di questa scoperta è che i risultati prodotti da un metodo comune ad alta velocità di screening di farmaci per prevenire la migrazione delle cellule su superfici piane sono, nella migliore delle ipotesi, ingannevole, ha detto Wirtz, che è anche il Teofilo H. Smoot Professore di chimica e biomolecolare Ingegneria presso la Johns Hopkins. Questo è importante perché il movimento delle cellule è correlato alla diffusione del cancro, Wirtz detto. "Il nostro studio ha individuato possibili bersagli per rallentare drasticamente l'invasione delle cellule in una matrice tridimensionale."

Quando le cellule sono coltivate in due dimensioni, Wirtz ha detto, alcune proteine ​​contribuiscono a formare gli allegati a lunga vita denominati adesioni focali su superfici. In queste condizioni 2-D, queste adesioni possono durare diversi secondi a diversi minuti. La cella sviluppa anche un ampio, protrusione a ventaglio chiamato lamella lungo i suoi bordi d'attacco, che aiuta a spostare in avanti. "In 3-D, la forma è completamente diverso", ha detto Wirtz. "E 'più spindlelike con due sporgenze appuntite alle estremità opposte. Aderenze focali, se esistono, sono così piccole e così breve durata che non possono essere risolti con microscopio."

Autore principale dello studio, Stephanie Fraley, uno studente di dottorato Johns Hopkins in chimica e biomolecolare, ha detto che la forma e le modalità di circolazione delle cellule in 2-D sono solo un "artefatto del loro ambiente", che potrebbe produrre risultati fuorvianti durante il test l'effetto di diversi farmaci. "E 'molto più difficile da fare coltura cellulare 3-D che è di fare coltura cellulare 2-D," ha detto Fraley. "In genere, ogni tipo di farmaco in studio che non viene svolto in colture cellulari 2D prima di essere riportato in modelli animali. A volte, i risultati degli studi di droga non assomigliano i risultati di studi clinici. Questa può essere una delle chiavi di lettura perché le cose non sempre coincidono. "

Supervisore facoltà di Fraley, Wirtz, suggerito che una delle ragioni per la disconnessione potrebbe essere che anche in studi che sono chiamati 3-D, la parte superiore delle celle sono ancora trova sopra la matrice. "La maggior parte del lavoro è stato per le cellule solo parzialmente annegate in una matrice, che chiamiamo 2,5-D," ha detto. "Il nostro lavoro mostra la differenza fondamentale tra il 3-D e 2,5-D: aderenze focali scompaiono, e il ruolo delle proteine ​​di adesione focale nella regolazione della motilità cellulare diventa diverso."

Wirtz ha aggiunto che "perché la perdita di aderenza e movimento delle cellule avanzato sono le caratteristiche distintive di cancro", i risultati della sua squadra dovrebbe modificare radicalmente il modo in cui le cellule sono coltivate per gli studi di droga. Ad esempio, la squadra ha trovato che in un ambiente 3-D, le cellule che possiedono il zyxin proteine ​​sarebbero muoversi in modo casuale, esplorando loro ambiente locale. Ma quando il gene per zyxin è stato disattivato, le cellule viaggiato in un percorso veloce e persistente, quasi unidimensionale lontano dal loro luogo di origine.

Fraley detto tali cellule potrebbero anche tornare indietro le stesse vie che avevano già esplorato. "Si scopre che zyxin è misregulated in molti tipi di cancro", ha detto Fraley. Pertanto, aggiunse una comprensione della funzione delle proteine ​​come zyxin in una coltura cellulare 3-D è fondamentale per comprendere come cancro si diffonde o metastatizza. "Naturalmente la crescita del tumore è importante, ma ciò che uccide la maggior parte dei malati di cancro è la metastasi", ha detto.

Per studiare le cellule in 3-D, la squadra rivestito un vetrino con strati di gel collagene arricchita di alcuni millimetri di spessore. Il collagene, la proteina più abbondante nel corpo, forma una rete nel gel di fibre reticolate simili al naturale scaffold matrice extracellulare su cui le cellule crescono nel corpo. I ricercatori hanno poi mescolati cellule nel gel prima impostato. Avanti, hanno usato un microscopio confocale invertito per visualizzare da sotto le cellule che viaggiano all'interno della matrice del gel. Lo spostamento di piccole perline incorporati nel gel è stato utilizzato per mostrare il movimento delle fibre collagene come le cellule sporgenze estesi in entrambe le direzioni e quindi tirato verso l'interno prima di rilasciare una fibra e spingendo stessi avanti.

Fraley paragonato il movimento delle cellule di una persona che cerca di manovrare attraverso un percorso ad ostacoli attraversato con corde elastiche. "Le cellule si muovono estendendo una protrusione in avanti e l'altro indietro, contraendo verso l'interno, e poi rilasciando uno dei contatti prima di rilasciare l'altro", ha detto. In definitiva, le mosse cellulari in direzione del contatto chiarificati ultima.

Quando una cellula si muove lungo su una superficie 2-D, la parte inferiore della cella è in costante contatto con una superficie, dove può formare molti adesioni focali grandi e durature. Le cellule si muovono in ambienti 3-D, tuttavia, solo fanno brevi contatti con la rete di fibre di collagene che li circonda-contatti troppo piccoli per vedere e anche di breve durata per misurare anche, i ricercatori hanno osservato.

"Pensiamo che le stesse proteine ​​di adesione focale identificate in situazioni di 2-D giocano un ruolo in 3-D motilità, ma il loro ruolo in 3-D è completamente diverso e sconosciuto", Wirtz ha detto. "C'è più abbiamo bisogno di scoprire."

Fraley detto che la sua futura ricerca sarà focalizzata in particolare sul ruolo delle proteine ​​meccanosensoriali come zyxin sulla motilità, e come fattori come matrice di gel dimensione dei pori e la rigidità influenzano la migrazione delle cellule in 3-D.

Co-investigatori in questa ricerca da Washington University di St. Louis erano Gregory D. Longmore, un professore di medicina, e il suo collega postdottorato Yunfeng Feng, entrambi sono affiliati con BRIGHT Institute dell'università. Longmore e Wirtz portano uno dei tre progetti fondamentali che sono al centro del Johns Hopkins di Ingegneria in Oncology Center, un National Cancer Institute-finanziati Scienze Fisiche in Oncologia Center. Altri autori Johns Hopkins, tutti del Dipartimento di Chimica e biomolecolare, erano Alfredo Celedon, un destinatario di dottorato recente; Ranjini Krishnamurthy, laurea destinatario recente di laurea; e Dong-Hwee Kim, uno studente di dottorato in corso.

Finanziamento per la ricerca è stato fornito dal National Cancer Institute.

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