Le cellule del cancro al seno usano forze per aprire canali attraverso i tessuti

Un nuovo metodo rivela che le cellule tumorali possono diffondersi applicando rapidamente forze al materiale dei tessuti.

La ricerca per capire come i tumori crescono e si diffondono è stata condotta convenzionalmente su colture di cellule bidimensionali e piatte, molto diverse dalla struttura tridimensionale delle cellule nel corpo. Sono state sviluppate colture cellulari 3D che incorporano materiale tissutale, ma mancano i metodi per misurare come le cellule tumorali utilizzano le forze per diffondersi.

Ora i ricercatori hanno sviluppato un nuovo metodo di coltura 3D per quantificare con precisione il modo in cui le cellule tumorali generano forze per diffondersi all’interno dei tessuti. Abbiamo applicato il metodo per studiare la progressione precoce del cancro al seno”, spiega Juho Pokki, ricercatore principale dell’Università di Aalto che ha guidato la ricerca.

Lo studio, frutto della collaborazione tra scienziati della Aalto University e della Stanford University, è stato pubblicato sulla rivista Nano Letters.

Le nanosfere misurano gli impulsi di forza che si accumulano in forze più forti

Un tumore primario può formarsi all’interno del dotto mammario, dove le cellule cancerose sono confinate da una speciale membrana, chiamata membrana di base. Le cellule del cancro al seno sono più grandi dei pori di queste membrane, quindi devono sfondarle per diffondersi in altri tessuti. In precedenza, i ricercatori pensavano che le cellule usassero gli enzimi per dissolvere le membrane, ma ora si è capito che le cellule del cancro al seno usano un altro meccanismo che coinvolge le protrusioni cellulari per passare attraverso le membrane.

In questo meccanismo, le cellule del cancro al seno utilizzano le forze generate dalle protrusioni per aprire canali all’interno del materiale della membrana. A questo punto, le cellule tumorali entrano nel tessuto circostante e possono raggiungere i vasi sanguigni per diffondersi nel resto del corpo. Infatti, anche i vasi sanguigni sono circondati da una membrana basale. Le cellule del cancro al seno potenzialmente usano un meccanismo simile per sfondare queste membrane di base”, spiega Pokki. Il gruppo del professor Ovijit Chaudhuri di Stanford ha originariamente scoperto questo meccanismo di protrusione nel 2018. La collaborazione con il suo gruppo è stata la chiave per l’importanza fisiologica di questo lavoro”, afferma Pokki.

Il nuovo studio utilizza colture cellulari 3D composte da cellule di cancro al seno e materiale standard della membrana basale. All’interno delle colture 3D, i ricercatori hanno inserito due tipi di sfere biocompatibili: un tipo si è mosso con le forze generate dalle cellule tumorali, mentre l’altro tipo ha misurato la meccanica di costrizione della forza. Un microscopio a fluorescenza modificato è stato utilizzato per riprendere i video di queste sfere e seguirle su scala nanometrica.

Ciò ha permesso ai ricercatori di misurare gli impulsi di forza provenienti dalle cellule tumorali. Studi precedenti avevano misurato il movimento delle protrusioni cellulari in periodi di tempo più lunghi, ma il nostro studio ha dimostrato che molto può accadere in soli 15 minuti. Abbiamo visto movimenti su scala nanometrica e impulsi di forza in pochi secondi, il che è sorprendente. Inoltre, questi impulsi si accumulano, dando luogo a forze più forti applicate al materiale della membrana”, spiega Pokki.

Questo è attualmente il metodo più accurato per misurare il modo in cui vengono generate le forze cellulari nella coltura 3D”, aggiunge Pokki.

Verso uno sviluppo di farmaci più efficiente e personalizzato

Il tumore al seno è la forma di cancro più comune per le donne a livello globale. Ogni anno, solo nell’Unione Europea, a oltre 350.000 donne viene diagnosticato un tumore al seno.

Lo sviluppo di farmaci contro il cancro al seno è costoso, lento e spesso inefficiente, poiché meno del cinque per cento dei candidati farmaci selezionati utilizzando colture cellulari 2D ed esperimenti sugli animali si rivelano efficaci negli studi clinici sull’uomo.

I nostri metodi forniscono dati computazionali più accurati sulle forze cellulari durante l’invasione delle cellule di cancro al seno. Il nostro gruppo combina i metodi con la tecnologia della microscopia per rendere più riproducibili gli esperimenti nel campo delle colture cellulari 3D. Credo che gli sviluppi tecnologici finiranno per potenziare la ricerca preclinica. Abbiamo già avviato un progetto correlato nell’ambito della medicina oncologica personalizzata”, rivela Pokki.