Dziękuję. Posłuchaj tego artykułu, korzystając z odtwarzacza powyżej. ✖

Komórki nowotworowe mogą zmieniać kształt, aby dostosować się do nowego otoczenia, umożliwiając im rozprzestrzenianie się po całym organizmie i unikanie leczenia. Naukowcy odkryli teraz, w jaki sposób komórki raka skóry zmieniają kształt w zależności od środowiska, i zidentyfikowali dwa geny kontrolujące zmianę kształtu komórek. Odkrycie tych genów oferuje dwa potencjalne cele leków, które mogą powstrzymać przerzuty raka czerniaka.

Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Raporty komórkowe.

Kształt raka w 3D

Przez lata ewolucji komórki nauczyły się różnych sposobów poruszania się po ciele. Zdolność ta jest niezbędna w procesach fizjologicznych, takich jak gojenie się ran, gdzie w razie potrzeby realizowane są określone programy migracji. Jednakże w przypadku komórek nowotworowych programy migracji pozwalają komórkom na podtrzymanie inwazji na tkanki.

„Od dawna wiemy, że komórki nowotworowe mogą zmieniać kształt, aby przemieszczać się po organizmie do różnych typów tkanek. Na przykład komórki stają się bardziej okrągłe, aby przedostać się do krwi, a jeśli przedostaną się do kości, komórki mogą tworzyć wypustki i występy przypominające wiertła, aby przewiercić twardą tkankę. Proces przerzutów zależy od tych zmian kształtu. Dopiero gdy komórki nowotworowe dają przerzuty, staje się to śmiertelne dla pacjenta” – powiedział Chris Bakal, profesor morfodynamiki nowotworów w Instytucie Badań nad Rakiem. Sieci technologiczne.

Jedno z badań opublikowanych w 2019 r. wykazało, że w przypadku guzów litych 66,7% zgonów z powodu nowotworu zarejestrowano z przerzutami jako przyczyną. Dane te obliczono na podstawie danych populacyjnych z Norweskiego Rejestru Nowotworów za lata 2005–2015.

Podczas przerzutów komórek nowotworowych zachodzą złożone i wysoce skoordynowane zmiany w morfologii. Jednak do tej pory nie było jasne, w jaki sposób komórki nowotworowe określają swój kształt w odpowiedzi na trójwymiarowe sygnały geometryczne i mechaniczne.

Aby zbadać, w jaki sposób komórki wykrywają swoje otoczenie i dzięki temu wiedzą, jaki kształt wybrać, naukowcy z Instytutu Badań nad Rakiem we współpracy z badaczami z Imperial College w Londynie opracowali nowatorski system do badania komórek w 3D.

Poprzednie badania skupiały się na badaniu komórek na twardych, plastikowych powierzchniach 2D. Wykonując obrazy 3D komórek, badacze byli w stanie lepiej zrozumieć, jak komórki mogą zachowywać się w środowisku 3D.

Naukowcy wykorzystali skaningową mikroskopię skośną (ssOPM) do wykonania trójwymiarowych obrazów komórek czerniaka przyklejonych do płaskiej i sztywnej powierzchni lub osadzonych w trójwymiarowym miękkim hydrożelu kolagenowym.

Zastosowanie ssOPM do badania tysięcy komórek w 3D otwiera możliwości przyszłych badań, które pozwolą odpowiedzieć na szeroki zakres pytań z zakresu biologii nowotworów. „Większość badaczy w przeszłości unikała obrazowania 3D, ponieważ zazwyczaj było ono znacznie wolniejsze i bardziej skomplikowane niż obrazowanie 2D. Jednak ten nowy mikroskop, który zbudowaliśmy, jest jednym z najszybszych dostępnych mikroskopów 3D i pozwala nam szybko obrazować wiele komórek w 3D” – powiedział Bakal.

„Te mikroskopy pozwalają nam lepiej zrozumieć, jak komórki nowotworowe wyglądają jako trójwymiarowe obiekty w tkankach, które bardziej naśladują komórki ludzkiego ciała”.

Geny kontrolują zdolność komórek nowotworowych do zmiany kształtu

Określając kształt trójwymiarowy ponad 60 000 komórek czerniaka po „wyłączeniu” niektórych genów, naukowcy zidentyfikowali, że dwa geny: TIAM2 I FARP1jako klucz do zdolności komórek do zmiany kształtu w odpowiedzi na otoczenie.

Badanie to wykazało TIAM2 przyczynia się do określenia kształtu niezależnie od środowiska, natomiast FARP1 reguluje kształt w sposób zależny od mikrośrodowiska. Naukowcy doszli do wniosku, że zmiany w kształcie komórek nowotworowych zachodzą zarówno w sposób zależny od środowiska, jak i niezależny.

Kontynuuj czytanie poniżej…

Naukowcy są przekonani, że te geny kontrolujące kształt można wykorzystać, aby zapobiegać zmianie kształtu i przerzutom raka czerniaka. „Jeśli wyłączymy geny odpowiedzialne za zmianę kształtu komórek nowotworowych, być może będziemy w stanie całkowicie zapobiec przerzutom. Byłby to zupełnie nowy sposób zapobiegania rozprzestrzenianiu się komórek nowotworowych” – powiedział Bakal.

Geny te uznano za dobrych kandydatów do odkrywania leków ze względu na ich strukturę podobną do innych białek, dla których leki są już w fazie przedklinicznej. „Przyglądając się trójwymiarowemu kształtowi komórek reagujących na różne leki, możemy dokonać wnikliwych przewidywań dotyczących zachowania tego leku u pacjenta” – powiedział Bakal.

Wykorzystanie sztucznej inteligencji do usprawnienia odkrywania leków

Zespół badawczy koncentruje się obecnie na tworzeniu technologii opartych na sztucznej inteligencji (AI), które pomogą w wyborze leków ukierunkowanych na geny zaangażowane w zmianę kształtu komórek nowotworowych. Wykorzystanie sztucznej inteligencji do przewidywania powodzenia leku na podstawie obrazów 3D komórek mogłoby skrócić czas opracowywania leku o połowę.

„Próbujemy przyjrzeć się milionom komórek w 3D w różnych warunkach. Oznacza to, że istnieje ogromna ilość skomplikowanych danych, którym człowiekowi trudno byłoby przyjrzeć się w rozsądnych ramach czasowych. Techniki sztucznej inteligencji, które opracowujemy, pozwolą nam określić ilościowo i zidentyfikować kształty w tych bardzo złożonych populacjach” – podsumował Bakal.

Prof. Chris Bakal rozmawiał z Blakiem Formanem, starszym autorem artykułów naukowych i redaktorem Technology Networks.

O rozmówcy:

Chris Bakal jest profesorem morfodynamiki nowotworów w Instytucie Badań nad Rakiem. Uzyskał tytuł licencjata z biochemii na Uniwersytecie Kolumbii Brytyjskiej oraz stopień doktora z biofizyki medycznej na Uniwersytecie w Toronto i Ontario Cancer Institute. Jego obecne badania skupiają się na zrozumieniu, w jaki sposób komórki zmieniają kształt, stają się nowotworowe i tworzą przerzuty.

Odniesienie: Dent L., Curry N., Sparks H. i in. Zależna od środowiska i niezależna kontrola kształtu komórki 3D. Przedstawiciel komórkowy 2024. doi: 10.1016/j.celrep.2024.114016