Фото: Кристофер Уолтер / Вашингтонский университет

Раковые клетки обладают удивительной способностью проникать глубоко в окружающую среду

В сказке Ганса Христиана Андерсена «Принцесса на горошине», написанной в 1835 году, считается, что принцесса настоящая, потому что она чувствительна к горошинам, положенным под 20 матрасов на ее кровати. Новое исследование, проведенное инженерной школой МакКелви при Вашингтонском университете в Сент-Луисе, показало, что, подобно легендарной принцессе, раковые клетки могут чувствовать слой клеток под верхним слоем коллагена, по которому они обычно передвигаются, в то время как нормальные клетки не могут.

Амит Патхак, доцент кафедры механики и материаловедения, и Кристофер Уолтер, постдокторант лаборатории Патхака, обнаружили, что раковые клетки обладают так называемыми глубинными механосенсорами, способными ощущать свойства удаленной среды под их непосредственным внеклеточным матриксом. Это может означать, что механические свойства внеклеточного матрикса вне клеток могут регулировать миграцию клеток. Результаты их исследования были опубликованы в журнале Cell Reports.

Патхак и его команда давно изучают пути миграции клеток, чтобы определить, как рак проникает в ткани, как заживают раны и как развиваются органы и ткани. Ранее они показали, что клетки быстрее перемещаются в более жесткой среде из-за больших сил и притяжения, чем в более мягкой.

В новой работе Патхак и Уолтер создали два гидрогеля — твердый и мягкий — и добавили сверху слой внеклеточного матрикса на основе коллагена. Используя широкий спектр методов, включая атомно-силовую микроскопию, визуализацию с высоким разрешением и анализ динамики миграции клеток, они наблюдали за поведением поверхности нормальных эпителиальных клеток молочной железы человека и клеток рака молочной железы.

Нормальные клетки практически не меняли форму и размер и медленно перемещались по коллагеновому слою. Раковые клетки удлинялись и выступали вперед более устойчивыми выступами на твердом поддерживающем геле, что помогало им взаимодействовать через слои матрикса, быстрее мигрировать и производить большее растяжение коллагеновых волокон благодаря их глубокому механосенсорному восприятию.

«Клетки чувствуют глубокое окружение, и их полярность задает полярность во внеклеточном матриксе в соответствии с тем, что клетка сообщает ему, — рассказывает Патхак. — Такое поведение предполагает, что на форму раковых клеток влияет жесткость нижележащего геля, в то время как нормальные клетки реагируют только на непосредственный, мягкий коллагеновый гель. Это то, что не было известно ранее».

Полярность клеток также помогает создать силу, которая позволяет клеткам двигаться в определенном направлении, сказал Уолтер, но им также необходима способность растягивать коллагеновые волокна и изменять среду, поскольку она более благоприятна для миграции.

«Мы смогли лишить их способности чувствовать удаленную матрицу, разрезав сам коллаген или сшив его, лишив обратной связи, которую матрица обеспечивает клеткам, — делится Уолтер. — Если вы потеряете один из этих механизмов, обратная связь прекратится, поэтому они должны иметь оба».

Патхак отмечает, что эта обратная связь с поверхности важна для клетки. Джайрадж Матхур, докторант кафедры машиностроения и материаловедения, разработал вычислительную модель для интеграции поляризованных клеточных сил с ремоделированием коллагена, чтобы объяснить глубокое восприятие, наблюдаемое в экспериментах.

«Наша модель показывает, что если нет обратной связи между клетками и матриксом, такое восприятие глубины может происходить в течение короткого времени, но оно не будет постоянным. И именно поэтому раковые клетки хороши в этом, потому что они могут задействовать матрикс в миграции и определении глубины», — отмечают ученые.

Эксклюзивный перевод

Поделиться:

Подписывайтесь на краткие, но содержательные новости со всего мира
глазами молодого поколения в Телеграм и ВКонтакте.

Почитайте также

Онколог Пащенко: периодические запоры и поносы могут быть симптомами рака

11 Запоры, диарея, слабость, потеря веса, черный цвет стула и недостаток гемоглобина могут быть признаками …