Nanomotorer som sonder til at fornemme kræftmiljøet

Et tværfagligt team af forskere fra Indian Institute of Science (IISc) har brugt en 3-D tumormodel og magnetisk drevne nanomotorer til at undersøge kræftcellers mikromiljø. Holdet består af forskere fra Center for Nano Science and Engineering (CeNSE) og Institut for Molekylær Reproduktion, Udvikling og genetik (MRDG).

I deres arbejde, udgivet i Angewandte Chemie , holdet fjernstyrede spiralformede nanomotorer via et eksternt magnetfelt gennem tumormodellen for at fornemme, kortlægge og kvantificere ændringer i det cellulære miljø. Modellen omfatter både raske celler og kræftceller indlejret i en rekonstitueret basalmembranmatrix, og efterligner brystkræftmiljøet.

Undersøgelsen fremhæver en ny måde at målrette mod kræftceller ved at manøvrere nanomotorer inde i en tumor og vente på, at de lokaliserer sig i nærheden af ​​kræftstedet. "Vi forsøgte at drive nanomotorerne mod kræftceller i en tumormodel og observerede, at de satte sig fast i matrixen nær kræftceller, men dette blev ikke observeret i nærheden af ​​normale celler, " siger Debayan Dasgupta, en co-first forfatter og ph.d. studerende på CeNSE.

Den ekstracellulære matrix (ECM) er et komplekst 3D-netværk af proteiner og kulhydrater, der udskilles af levende celler til deres nabolag. Imidlertid, når kræftceller udskiller frisk materiale i ECM, det forstyrrer den kemiske og fysiske sammensætning af den oprindelige ECM, der omgiver sunde celler, forringe lokalmiljøet. Derfor, forståelse af, hvordan det cellulære mikromiljø ændres på grund af kræftceller, og måling af disse ændringer kvantitativt kan være afgørende for at forstå udviklingen af ​​kræft.

I den aktuelle undersøgelse, forskerne opdagede, at da nanomotorerne nærmede sig kræftcellemembranen, de klæbede sig stærkere til matrixen, end de ville til normale celler. For at måle, hvor stærkt nanomotorerne er bundet til matrixen, holdet beregnede den magnetiske feltstyrke, der kræves for at overvinde klæbekraften, og komme videre.

"Det betyder, at kræftcellerne gør noget. Så, vi foretog nogle målinger og opdagede, at det [klæbekraften] afhang af typen af ​​celler, styrken af ​​interaktion og også hvilken side af cellen nanomotoren nærmede sig, " forklarer Ambarish Ghosh, Lektor ved CeNSE og en af ​​seniorforfatterne. "Til sidst, vi endte virkelig med at opdage en fysisk egenskab ved et vigtigt biologisk miljø."

Grunden til, at nanomotorerne ser ud til at holde sig bedre til kræftcellerne, er deres ladede ECM. Dette kan skyldes tilstedeværelsen af ​​2, 3-bundet sialinsyre, et sukkerkonjugeret molekyle, som giver en negativ ladning til kræftcellemiljøet, fandt forskerne. De visualiserede fordelingen af ​​disse sukkerarter ved hjælp af fluorescerende markører og fandt ud af, at sialinsyrer blev fordelt op til 40 mikrometer fra kræftcelleoverfladen - den samme afstand, hvortil nanomotorerne oplevede stærk adhæsion.

For at modvirke denne klæbende effekt, holdet beklædte nanomotorerne med Perfluoroctyltriethoxysilane (PFO), som beskyttede dem mod det ladede miljø. De belagte nanomotorer klæbede ikke til matrixen nær kræftcellerne, hvorimod de ubelagte motorer klamrede sig til matrixen, bekræfter det faktum, at det negativt ladede kræftmikromiljø interagerer med de indkommende nanomotorer, gør dem immobile.

"Det, der kom som en smuk overraskelse, var, at inden for sådan et miljø, vi fandt ud af, at aggressive kræftceller endte med at ombygge deres omgivelser ved at gøre dem mere klæbrige, og rigere på specifikke ladede sukkerarter, " siger Ramray Bhat, Adjunkt ved MRDG og en af ​​seniorforfatterne. "Denne opladning kan potentielt bruges til at målrette og dræbe bittesmå populationer af kræftceller skjult blandt deres normale modparter, Derfor udvider vi disse undersøgelser til levende dyr."