Компьютерное моделирование раковых клеток и ткани груди. Кредит: Йельский университет
Используя комбинацию компьютерного моделирования и экспериментальных исследований, группа исследователей раскрывает важные подсказки о том, как клетки рака груди проникают в ткань груди.
В традиционных моделях мышей, которые используются для изучения инвазии рака груди, исследователи берут тонкие срезы опухоли, вызванной у мыши, и изучают их под микроскопом. Эта процедура дает ценную информацию об инвазии рака груди, сказал Кори О'Херн, старший автор исследования, но она ограничена во многих отношениях.
«Проблема с текущими исследованиями на мышиных моделях заключается в том, что гистологические исследования дают только тонкие срезы опухоли в одной временной точке», — сказал О'Херн, профессор машиностроения и материаловедения, физики и прикладной физики. «Они не позволяют исследователям отслеживать пространственно-временную эволюцию инвазии раковых клеток».
С этой целью исследовательская группа разработала новую вычислительную модель инвазии рака молочной железы. «С помощью этих недавно разработанных вычислительных моделей мы теперь можем определить, как раковые клетки проникают в ткань молочной железы в трех измерениях в зависимости от времени. Например, мы можем предсказать, как быстро раковым клеткам необходимо пройти заданное расстояние через плотную ткань молочной железы».
В дополнение к вычислительным моделям группа также разрабатывает эксперименты in vitro — модельные системы, состоящие из микронных шариков, смешанных с коллагеновыми волокнами, которые воспроизводят многие особенности рака молочной железы в моделях животных и позволяют подтвердить компьютерное моделирование.
О'Херн руководил компьютерным моделированием, а эксперименты in vitro проводила профессор Клаудия Фишбах из Корнелльского университета. Исследование было опубликовано в APL Bioengineering.
В частности, исследователи сосредоточились на опухолях молочной железы, которые возникают в эпителиальной выстилке молочных протоков. Здоровые эпителиальные клетки остаются вместе и формируют выстилку молочных протоков. Но когда они становятся раковыми, они становятся подвижными, отделяются друг от друга и выходят из молочных протоков в окружающую жировую ткань, которая состоит из жировых клеток.
Количество раковых клеток, которые прогрессируют в жировую ткань, определяет вероятность того, что они проникнут в кровеносные сосуды и сформируют вторичные опухоли.
«Мы заинтересованы в понимании этого процесса, потому что когда раковые клетки проникают в жировую ткань, тем больше вероятность, что они метастазируют и образуют вторичные опухоли, которые редко поддаются лечению», — сказал он. «Если бы раковые клетки были локализованы в молочных протоках, рак груди было бы намного легче лечить».
Помимо липкости раковых клеток, исследователи изучают и другие дополнительные переменные, в том числе жесткость жировых клеток, поскольку менее деформируемые клетки затрудняют проникновение раковых клеток в жировую ткань. Другим фактором является размер промежутков между жировыми клетками и степень, в которой внеклеточный матрикс (ВКМ) внутри этих промежутков выровнен, чтобы обеспечить эффективную миграцию раковых клеток.
«Движутся ли раковые клетки баллистически или диффузно? Могут ли они двигаться достаточно быстро, чтобы деформировать адипоциты? Если мы поймем эти вопросы, мы сможем понять физический механизм, с помощью которого раковые клетки перемещаются через очень плотную жировую ткань».
При отсутствии «крошечных камер», которые могут наблюдать инвазию рака молочной железы в реальном времени, сказал О'Херн, двусторонний подход компьютерного моделирования и экспериментов in vitro может быть наилучшим подходом.
С помощью этого подхода, сказал он, они смогли доказать, что активность и липкость раковых клеток, жесткость жировых клеток и ограничение ECM контролируют переход между отсутствием инвазии и инвазией раковых клеток в жировую ткань.
Дополнительная информация: Итун Чжэн и др., Вычислительное моделирование физических характеристик, которые влияют на инвазию рака молочной железы в жировую ткань, APL Bioengineering (2024). DOI: 10.1063/5.0209019
Информация о журнале: APL Bioengineering Предоставлено Йельским университетом
