Poznato je da su tumorske ćelije prevrtljivi agensi za spavanje, koji često leže u mirovanju u udaljenim tkivima godinama pre nego što se ponovo aktiviraju i formiraju metastaze. Proučavani su brojni faktori da bi se razumelo zašto dolazi do aktivacije, od ćelija i molekula do drugih komponenti u takozvanom tkivnom mikrookruženju.
Sada je interdisciplinarni tim Univerziteta Cornell identifikovao novi mehanizam koji reguliše rast tumora u skeletu, primarnom mestu metastaza raka dojke: mineralizacija koštanog matriksa, vlaknasta mreža organskih i neorganskih komponenti koja određuje jedinstvena biohemijska i biomehanička svojstva naš skelet.
Rad tima, „Mineralizacija koštanog matriksa prigušuje mehanosignalizaciju posredovanu integrinom i metastatsku progresiju kod raka dojke“, objavljen je 7. avgusta u Nature Biomedical Engineering. Ko-vodeći autori su naučni saradnik Sijung Čoi i doktorant Metju Vitman.
Projekat je najnovija saradnja između ko-starih autora Claudia Fischbach, profesora biomedicinskog inženjerstva Stanlei Brier 1946, i Lare Estroff, Herberta Fisk Johnson profesora industrijske hemije, oboje u Cornell Engineering, koji zajedno istražuju metastatsko širenje rak dojke do kostiju više od jedne decenije.
Fischbachova laboratorija koristi biomaterijale u kombinaciji sa pristupima ćelijskog i tkivnog inženjeringa da bi razumela kako mikrookruženje tkiva reguliše rak u različitim kontekstima, dok je Estrofova grupa specijalizovana za biomineralizaciju – način na koji biološki organizmi kontrolišu rast kristala u svojim tkivima.
„Znamo da se ćelije raka ponašaju kao seme kojima je potrebno pravo tlo za rast, i veoma smo zainteresovani za to kako ekstracelularni matriks, koji je u osnovi materijal između ćelija koji drži sve zajedno, utiče na rast tumora“, rekao je Fišbah.
Tokom fiziološke mineralizacije, mineralne čestice kostiju se talože u i oko vlakana kolagena tipa I. Ovaj proces se odvija prirodno i neophodan je za zdravlje kostiju, ali se smanjuje sa godinama – na primer, zbog hormonalnih promena koje se vide kod žena u menopauzi. Takođe može biti posledica promena u ishrani ili hemoterapije.
Veza između smanjenog zdravlja kostiju i ponašanja tumorskih ćelija je dobro utvrđena. Na primer, smanjena mineralna gustina kosti je u korelaciji sa povećanim rizikom od metastaza, a pokazalo se da nepotpuno zarastanje preloma pojačava metastaze u kostima. Međutim, niko nije uspeo da izoluje koju specifičnu ulogu mineralizacija koštanog matriksa igra u ovom procesu.
„Ne možete proučavati neke od ovih veza osim ako nemate sisteme modela u kojima možete kontrolisati svojstva koštanog matriksa na definisan način“, rekao je Fischbach.
Istraživači su uspeli da stvore takve sisteme kombinovanjem organskih i neorganskih komponenti matriksa, uključujući kolagen i koštani mineral hidroksiapatit, na način koji je oponašao fiziološku i patološku mineralizaciju. Estroff je vodio neophodne tehnike sinteze materijala i karakterizacije različitih modela koštanog matriksa, koje je tim zatim koristio za istraživanje ponašanja tumorskih ćelija, prvo in vitro, a zatim in vivo preko mišjih modela.
Prisustvo minerala kostiju smanjilo je rast tumorskih ćelija u oba okruženja. Prisustvo minerala je takođe izazvalo tumorske ćelije da promovišu gene koji su bili povezani sa boljom prognozom pacijenata. Ovi nalazi sugerišu da zdrava koštana matrica može smanjiti rizik od skeletnih metastaza raka dojke.
Koautori Matthev Paszek, vanredni profesor na Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering, i Olivier Elemento, direktor Engleskog instituta za preciznu medicinu i profesor fiziologije i biofizike i računarske genomike u računarskoj biomedicini u Veill Medicine pomogli su Cornell Medicine razjasniti kako koštani matriks reguliše ćelijsku mehanosignalizaciju i povezati potencijalne molekularne mehanizme sa podacima o pacijentima.
„Ova studija u osnovi pokazuje po prvi put da fiziološke interakcije između mineralnih čestica i kolagena mogu biti u stanju da inhibiraju aktivaciju tumorskih ćelija koje su se proširile na kost“, rekao je Fischbach. „Sada smo u velikoj meri zainteresovani za to kako na druge tipove ćelija utiče različita mineralizacija koštanog matriksa. I kako promene njihovog ponašanja zavisne od minerala regulišu ćelije tumora?“
Koautori su doktoranti Adrijan Šimpi i Nikol Sempertegi; Aaron Chiou, Ph.D.; Joseph Druso, Ph.D.; Akanksha Verma, Ph.D.; alumna Stefani Luks; i Zhu Cheng, Ph.D.
