Kankercellen zijn Nimbler dan niet-kwaadaardige cellen

Aanwijzingen over hoe cellen kanker worden, worden onthuld in een nieuwe catalogus van hun fysieke en chemische kenmerken. De catalogus laat onder andere zien hoe kwaadaardige cellen die tumoren uitbreken en andere organen binnendringen, sneller en agressiever zijn dan niet-kwaadaardige cellen: ze kunnen gemakkelijker door kleine ruimtes gaan en ze oefenen een grotere kracht uit op hun milieu.
Om de catalogus samen te stellen, werkten 100 onderzoekers uit 20 verschillende centra in de VS samen om de fysica en chemie te onderzoeken die de ontwikkeling van kankercellen vormen, een proces dat enigszins onduidelijk is vanuit het oogpunt van de fysische wetenschappen.
De onderzoekers, die behoren tot de Physical Sciences-Oncology Centres (PS-OC) gesponsord door het National Cancer Institute, hopen dat hun catalogus de eerdere detectie van kankercellen zal helpen, en zelfs ooit zal helpen bij het voorkomen of behandelen van uitgezaaide kanker, dat wil zeggen kanker heeft nieuwe tumorsites in andere delen van het lichaam verspreid en gestart en is verantwoordelijk voor de overgrote meerderheid van alle sterfgevallen door kanker.
In een paper online gepubliceerd op 26 april in het tijdschrift Wetenschappelijke rapporten, ze beschrijven hoe ze een systematische moleculaire en biofysische vergelijking tussen twee cellijnen, één van metastatische borstkankercellen en de andere van niet-kwaadaardige borstcellen, uitvoerden en wezen belangrijke verschillen op die nieuwe inzichten bieden in hoe cellen veranderen van niet-zijn kwaadaardig tot metastatisch.
Robert Austin, hoogleraar natuurkunde en leider van de Princeton University PS-OC in New Jersey, zegt in een verklaring:
"Door verschillende soorten experimentele expertise bij elkaar te brengen om systematisch metastatische en niet-metastatische cellen te vergelijken, hebben we onze kennis van hoe metastasen optreedt."

Metastatische cellen zijn in wezen "Jailbreakers"

Ze ontdekten bijvoorbeeld dat de twee soorten cellen verschillen vertoonden in mechanische eigenschappen, hoe ze zich aan oppervlakken houden, hoe ze migreren, reageren op zuurstof en eiwit produceren.
Austin en het team in Princeton PS-OC ontdekten dat hoewel ze langzamer reizen dan niet-kwaadaardige cellen, uitgezaaide cellen reizen verder en gaan in een rechtere lijn.
Ze creëerden een omgeving gemaakt van silicium die de structuur van het weefsel in het lichaam simuleert en observeerden wat er gebeurde toen de cellen zich een weg banen door minuscule kamers met cellen en kanalen die in het silicium waren geëtst.
Austin zegt metastatische cellen "zijn in wezen jailbreakers", omdat ze de extracellulaire matrix kunnen doorbreken, de taaie membraanwand die het lichaam creëert in een poging om de tumor af te sluiten van gezond weefsel.
Princeton's natuurkundigen en ingenieurs hebben expertise in microfabricage-technologie, die wordt gebruikt om geïntegreerde schakelingen en zonnecellen te maken. Ze deden een beroep op deze expertise om de kleine siliciumkamers in het onderzoek te gebruiken.
De Princeton PS-OC omvat ook teams van de Johns Hopkins University School of Medicine, het Salk Institute for Biological Studies en de University of California-Santa Cruz.

Metastatische cellen veerkrachtiger voor zuurstofarme eiwitten en maken eiwitten die hen mobieler maken

In hun paper beschrijven de onderzoekers ook hoe ze vonden metastatische cellen herstellen sneller van de stress van een omgeving met weinig zuurstof dan niet-kwaadaardige cellen, wat de resultaten van eerdere onderzoeken bevestigt.
Veel metastatische cellen gaan verloren wanneer de zuurstoftoevoer laag is, maar degenen die overleven overleven zich met grote kracht, wat de mening bevestigt dat individuele cellen een belangrijke rol spelen in de verspreiding van kanker.
De Princeton PS-OC ontdekte ook kwaadaardige cellen maken eiwitten die ze mobieler maken en in staat om de extracellulaire matrix binnen te vallen en aan de tumor te ontsnappen. Ze ontdekten dit door de totale eiwitproductie te vergelijken met die geproduceerd in metastatische cellen.

Meten hoe cellen op omringende cellen drukken op expressie van genen en eiwitten

Overal in het PS-OC-netwerk gebruiken de onderzoekers dezelfde twee borstepitheelcellijnen: niet-tumorigene MCF-10A en metastatische MDA-MB-231, veelgebruikte modellen van kanker-metastasen. Ze gebruiken ook dezelfde reagentia en protocollen zodat de resultaten kunnen worden vergeleken.
Hun laboratoriummethoden varieerden van het nemen van fysieke metingen van hoe de cellen op omliggende cellen duwen tot het meten van hun gen- en eiwitexpressie.

Nastaran Zahir Kuhn, programmamanager voor de PS-OC van het National Cancer Institute, zegt in een verklaring:
"Er werden ongeveer 20 technieken gebruikt om de cellijnen te bestuderen, waardoor een aantal unieke relaties tussen observaties kon worden geïdentificeerd."

Gemetastaseerde cellen zijn zachter en oefenen meer kracht uit op hun omgeving

Met behulp van een techniek die atomic force-microscopie heet, ontdekten de onderzoekers bijvoorbeeld dat metastatische cellen zachter lijken dan niet-kwaadaardige cellen, terwijl een andere benadering, tractiekrachtmicroscopie genaamd, aangaf dat ze meer kracht op hun omgeving uitoefenen.
Deze twee eigenschappen geven belangrijke aanwijzingen over hoe metastatische cellen ontsnappen uit hun ingesloten tumorgevangenis. Deze kunnen bijvoorbeeld helpen bij het vasthouden aan, migreren en de hermodellering van de taaie extracellulaire matrix waarmee het lichaam de tumor heeft omgeven. Maar tegelijkertijd kunnen zachtere, gemetastaseerde cellen zich ook door de kleine ruimten in het membraan wurmen.
Kuhn zegt dat het doel van het landelijke PS-OC-programma is om de expertise van natuurkundigen, ingenieurs, computerwetenschappers, chemici en biologen te bundelen om ons te helpen kanker beter te begrijpen, en:
"De resultaten van deze studie demonstreren het nut van een dergelijke benadering, vooral wanneer studies vanaf het begin op een gestandaardiseerde manier worden uitgevoerd."
In een andere intrigerende studie die in januari 2013 werd gepubliceerd, suggereren onderzoekers die de interactie tussen cellen en de extracellulaire matrix onderzoeken, te weten hoe cellen weten dat ze niet ondersteboven zijn en ook kanker kunnen helpen bestrijden.
Geschreven door Catharine Paddock PhD