Forskere karakteriserer biomekanik af æggestokceller efter fænotype i stadier af kræft

Brug af ovarieoverfladeepitelceller fra mus, forskere fra Virginia Tech har frigivet resultater fra en undersøgelse, som de mener vil hjælpe med kræftrisikovurdering, kræftdiagnose, og behandlingseffektivitet i et teknisk tidsskrift: Nanomedicin .

Ved at studere de viskoelastiske egenskaber af ovarieceller hos mus, de var i stand til at identificere forskelle mellem tidlige stadier af kræft i æggestokkene og mere avancerede og aggressive fænotyper.

Deres undersøgelser viste, at musens æggestokceller er stivere og mere tyktflydende, når de er godartede. Stigninger i celledeformation "korrelerer direkte med udviklingen fra en ikke-tumor godartet celle til en ondartet, der kan producere tumorer og metastaser i mus, "sagde Masoud Agah, direktør for Virginia Techs mikroelektromekaniske systemer (MEMS) laboratorium og den ledende efterforsker på undersøgelsen.

Deres resultater er i overensstemmelse med en University of California i Los Angeles undersøgelse, der rapporterede lunge, bryst, og pancreasmetastatiske celler er 70 procent blødere end benigne celler.

Resultaterne understøtter også Agah -gruppens tidligere rapporter om elastiske egenskaber ved brystcellelinjer.

Agah arbejdede sammen med Eva Schmelz fra Virginia Tech's Department of Human Nutrition, Mad, og motion, Chris Roberts fra Virginia-Maryland Regional College of Veterinary Medicine, og Alperen N. Ketene, en kandidatstuderende i maskinteknik, om dette arbejde støttet af National Science Foundation og Virginia Tech's Institute for Critical Technology and Applied Science.

De er blandt en række forskere, der forsøger at tyde sammenhængen mellem molekylære og mekaniske hændelser, der fører til kræft, og dens progression. Da de har succes, læger vil være i stand til at træffe bedre diagnostiske og behandlingsmæssige beslutninger baseret ikke kun på en persons genetiske fingeraftryk, men også på en biomekanisk signatur.

Imidlertid, da kræft har flere årsager, forskellige sværhedsgrader, og en bred vifte af individuelle reaktioner på de samme behandlinger, forskningen i kræftfremgang har været udfordrende.

Et vendepunkt til forskningen er sket med de seneste fremskridt inden for nanoteknologi, kombineret med teknik og medicin. Agah og hans kolleger har nu den kritiske evne til at studere cellers elastiske eller strækevne samt deres evne til at holde sig til andre celler. Disse undersøgelser af cellens biomekanik, knyttet til en celles struktur "er afgørende for udviklingen af ​​sygdomsbehandlende lægemidler og detektionsmetoder, "Sagde Agah.

Ved hjælp af et atomkraftmikroskop (AFM), en relativt ny opfindelse efter forskningsstandarder, de er i stand til at karakterisere cellestruktur til nanoskala præcision. Mikroskopet analyserer levende dyrkede celler, og det er i stand til at påvise vigtige biomekaniske forskelle mellem ikke-transformerede og kræftceller.

Fra disse undersøgelser, kræftceller virker blødere eller deformeres i højere grad end deres sundere, ikke-transformerede modparter, sagde Agah. Ud over, deres flydende øges.

Virginia Tech -forskerne valgte at studere kræft i æggestokkene, fordi det er en af ​​de mest dødelige typer hos kvinder og normalt diagnosticeres sent hos ældre patienter, når sygdommen allerede er udviklet og metastaseret.

Agah rapporterede, at der ikke eksisterede tidligere oplysninger om de biomekaniske egenskaber af både ondartede og godartede humane ovarieceller, og hvordan de ændrer sig over tid.

Imidlertid, museundersøgelserne udført af denne tværfaglige gruppe af forskere ved Virginia Tech har nu vist, hvordan en celle, da den gennemgår transformation mod malignitet, ændrer sin størrelse, mister sit medfødte design af en tæt organiseret struktur, og i stedet erhverver kapaciteten til at vokse uafhængigt og danne tumorer.

"Vi har karakteriseret cellerne efter deres fænotype til tidligt godartede, mellemliggende, og sent-aggressive stadier af kræft, der svarede til deres biomekaniske egenskaber, "Rapporterede Agah.

"Museovariecancermodellen repræsenterer et gyldigt og nyt alternativ til at studere menneskelige cellelinjer og giver vigtig information om de progressive stadier af ovariecancer, " kommenterede Schmelz og Roberts.

"Celleviskositet er en vigtig egenskab ved et materiale, fordi alle materialer udviser en form for tidsafhængig belastning, " sagde Agah. Denne egenskab er en "imperativ" del af enhver analyse af biologiske celler.

Deres fund bekræfter, at cytoskeletet påvirker cellers biomekaniske egenskaber. Ændringer i disse egenskaber kan relateres til kræftcellers motilitet og potentielt deres evne til at invadere andre celler.

"Når celler gennemgår ændringer i deres viskoelastiske egenskaber, de er i stigende grad i stand til at deformere, presse, og migrere gennem størrelsesbegrænsende porer i væv eller vaskulatur til andre dele af kroppen, " sagde Agah.