Naučnici sa Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) i Johns Hopkins Universiti (JHU), u SAD, analizirali su rast tumora dojke iz biomehaničke perspektive i kreirali računarski model koji simulira proces invazije ćelija raka, u zavisnosti od karakteristike okolnog tkiva i spojeva ćelija, između ostalih parametara.
Ovaj tip modela će pomoći da se predvidi evolucija tumora kod pacijenata na osnovu njegovih mehaničkih svojstava (krutost, gustina, itd.) okolnog mikrookruženja, što se može utvrditi putem biopsije ili tehnika snimanja.
Proces rasta čvrstog tumora uključuje njegovu ekspanziju kroz okolno tkivo, obično sastavljeno od fibrilnog matriksa (na primer, kolagen). Njegovo širenje zavisi od mnogih faktora, kao što su ukupan broj tumorskih ćelija, njihov volumen i krutost, njihov pristup hranljivim materijama i mehanička svojstva tkiva u kome se razvijaju.
Uz podršku eksperimentalnih in vitro modela, ovi istraživači UC3M i JHU razvili su model koji omogućava simulaciju evolucije rasta tumora na računaru, uzimajući ove faktore u obzir.
„U ovom modelu smo simulirali kako ćelije tumora dojke napadaju okolno tkivo i kako se više ili manje razmnožavaju u zavisnosti od toga koliko je okolno tkivo kruto i porozno ili koliko su jake ćelijske veze sa drugim ćelijama“, objašnjava jedan od istraživača. , Daniel Garcia Gonzalez, vanredni profesor na UC3M odeljenju za mehaniku kontinuuma i strukturnu analizu i šef ERC 4D-BIOMAP projekta.
Da bi to uradili, istraživači su radili sa sferoidima kako bi simulirali kako se ćelije ponašaju u stvarnom tumoru pod različitim mehaničkim uslovima. Ovi sferoidi se sastoje od grupa tumorskih ćelija ugrađenih u fibrilarnu matricu čije karakteristike se mogu modulirati. „Oni su veoma moćni sistemi koji se sve više koriste za proučavanje ponašanja tumora i proučavanje mogućih terapija“, objašnjava drugi istraživač, Arrate Munoz-Barrutia, profesor na odeljenju za bioinženjering UC3M.
Zahvaljujući ovim sferoidima, istraživači su bili u mogućnosti da modifikuju određene biološke ili mehaničke aspekte ovih tumora u laboratoriji i procene kako ove varijable utiču na proliferaciju i migraciju ćelija. Zatim su transformisali ova zapažanja u matematičke jednačine implementirane u računarski model.
Na taj način su bili u mogućnosti da paralelno (u kompjuterskom simulatoru i u eksperimentalnom modelu sa sferoidima u laboratoriji) testiraju varijable koje utiču na rast ovih tumora.
„Naš novi sferoidni sistem sa više odeljaka nam je omogućio da kontrolišemo i moduliramo biomehanička svojstva sistema preko gustine kolagena i ekspresije E-kadherina, za koje se zna da igraju ulogu u progresiji raka dojke. Bilo je veoma uzbudljivo raditi sa ovim timom da vidimo priča se spaja i iz eksperimentalne i iz računarske perspektive“, kaže drugi autor studije, Denis Virc, iz odeljenja za hemijsko i biomolekularno inženjerstvo JHU.
„Dok se eksperimentalno, proliferacija i invazija često mere kao dva nezavisna parametra, primetili smo jaku spregu ovih procesa. Iako nisu mogli biti izolovani korišćenjem tradicionalnih eksperimentalnih izlaza, računarski model nam je omogućio da ove procese proučavamo nezavisno i prikupimo uvide iz biomehanička svojstva našeg sistema“, dodaje još jedan od istraživača JHU tima, Ashleigh Cravford.
Buduće primene ove studije su obećavajuće, smatraju istraživači. „Ako znamo koji mehanički parametri određuju da li tumor raste više ili manje, onda bismo mogli da koristimo te podatke da poboljšamo lečenje ili razvijemo nove lekove u srednjem ili dugoročnom periodu“, kaže Danijel Garsija Gonzalez.
„Mislimo da ove studije otvaraju vrata razvoju tehnologija koje nam omogućavaju da karakterišemo mehaniku tumora, što može dodati relevantne informacije za izbor terapije raka“, dodaje Arrate Munoz-Barrutia.
Tim naučnika takođe ističe važnost multidisciplinarnog istraživanja u ovom slučaju, jer je doprinos dat od računarskih i matematičkih do čisto bioloških oblasti.
„Moja obuka za biomedicinskog inženjera, koji studira na UC3M, mi je omogućila da sarađujem u svim delovima ovog istraživanja i da stvorim mostove komunikacije između disciplina koje koriste različite terminologije“, kaže druga autorka studije, Klara Gomez Kruz, student na Odseku za mehaniku kontinuuma i analizu konstrukcija UC3M.
