Metastazele sunt responsabile pentru cel puţin două treimi dintre decesele provocate de cancer. O echipă de cercetători din Statele Unite a dezvoltat un model de laborator cu ţesuturi umane pentru a urmări modul în care celulele cancerului de sân circulă prin vasele de sânge şi colonizează oasele şi plămânii.
Procesul de metastazare începe atunci când celulele canceroase se desprind din tumora iniţială şi ajung în circulaţia sanguină. Unele dintre aceste celule pot părăsi vasele de sânge şi pătrunde în alte ţesuturi. Dacă supravieţuiesc şi se adaptează la noul mediu, pot forma ulterior tumori în alte organe.
Oasele şi plămânii sunt două dintre localizările frecvente ale metastazelor cancerului de sân. Studierea acestui proces se bazează în mare măsură pe modele animale. Diferenţele dintre biologia umană şi cea a rozătoarelor pot însă limita capacitatea acestor modele de a reproduce ceea ce se întâmplă la pacienţi.
Cercetătorii de la Columbia Engineering au dezvoltat un sistem experimental care reproduce în laborator o parte din traseul parcurs de celulele tumorale prin organism. Modelul conţine ţesut osos şi pulmonar uman obţinut în laborator, conectat printr-un circuit care reproduce circulaţia vasculară.
Sistemul face parte din categoria modelelor microfiziologice, cunoscute şi sub denumirea de „organe pe cip”. Aceste dispozitive permit cultivarea unor ţesuturi umane în compartimente separate şi conectarea lor astfel încât cercetătorii să poată studia interacţiunile dintre diferite ţesuturi în condiţii controlate.
În acest caz, ţesuturile osoase şi pulmonare, cu dimensiuni de ordinul milimetrilor, au fost obţinute din celule stem pluripotente induse. Acestea sunt celule adulte reprogramate în laborator astfel încât să poată genera diferite tipuri de celule specializate.
Fiecare ţesut a fost menţinut într-un compartiment propriu. Compartimentele au fost conectate printr-un circuit vascular în care cercetătorii au introdus celule circulante provenite din cancer de sân uman.
Între circuitul vascular şi ţesuturi a fost creată o barieră endotelială permeabilă selectiv. Endoteliul este stratul de celule care căptuşeşte interiorul vaselor de sânge.
Această structură le-a permis cercetătorilor să urmărească modul în care celulele canceroase aderă la endoteliu, traversează peretele vasului de sânge şi pătrund în ţesutul osos sau pulmonar.
Echipa a urmărit apoi modul în care diferite celule de cancer de sân colonizează oasele şi plămânii. Celulele cu tendinţă de răspândire către oase au colonizat mai intens ţesutul osos şi au produs o degradare osoasă mai accentuată.
Celulele cu tendinţă de răspândire către plămân au provocat modificări mai importante ale ţesutului pulmonar. În acelaşi timp, acestea au colonizat într-o măsură mai redusă ţesutul osos.
Aceste diferenţe au permis reproducerea în laborator a unor caracteristici ale metastazelor specifice fiecărui organ. Cercetătorii au putut urmări astfel nu doar prezenţa celulelor tumorale în ţesuturi, ci şi modificările produse după pătrunderea lor în oase sau plămâni.
Analizele au identificat şi modificări în ţesuturile aflate la distanţă înainte ca acestea să fie colonizate de celulele tumorale. Procesul este cunoscut drept formarea nişei premetastatice. În această etapă, ţesutul în care ar putea ajunge ulterior celulele canceroase suferă modificări care îl fac mai favorabil colonizării.
Echipa a observat semne ale formării unei astfel de nişe atât în ţesutul osos, cât şi în cel pulmonar.
„Am putut reproduce un fenomen observat la pacienţi, în care celulele canceroase modifică ţesuturile-ţintă chiar înainte de a le coloniza, făcându-le mai receptive”, a explicat Gordana Vunjak-Novakovic, profesor de inginerie biomedicală şi ştiinţe medicale la Columbia University, citată într-un comunicat.
Potrivit cercetătorilor, modelul permite investigarea controlată a interacţiunilor dintre celulele canceroase şi ţesuturile umane în mediul specific fiecărui organ. Sistemul poate fi utilizat şi cu celule şi ţesuturi provenite de la pacienţi.
Cercetarea este experimentală şi urmăreşte modelarea procesului de metastazare în laborator. Autorii propun utilizarea ţesuturilor umane obţinute prin bioinginerie pentru a completa informaţiile furnizate de modelele animale şi pentru a studia mecanismele prin care cancerul se răspândeşte către alte organe.
Studiul a fost realizat de cercetători de la Columbia Engineering împreună cu specialişti de la Herbert Irving Comprehensive Cancer Center şi a fost publicat, miercuri, în revista Science Translational Medicine.