Una vista microscópica ilustrada de un cultivo 3D de células cancerosas. Una célula cancerosa genera fuerzas (en rojo) que mueven más el material del tejido. La nueva técnica detecta el movimiento del material para calcular las fuerzas celulares. Crédito:Juho Pokki/Universidad Aalto
La investigación de cómo crecen y se propagan los cánceres se ha realizado convencionalmente en cultivos de células planas bidimensionales, que es muy diferente a la estructura tridimensional de las células en el cuerpo. Se han desarrollado cultivos celulares en 3D que incorporan material de tejido, pero faltan métodos para medir cómo las células cancerosas usan la fuerza para propagarse.
Ahora, los investigadores han desarrollado un nuevo método de cultivo 3D para cuantificar con precisión cómo las células cancerosas generan fuerzas para propagarse dentro del tejido. "Hemos aplicado el método para la investigación de la progresión temprana del cáncer de mama", dice Juho Pokki, investigador principal de la Universidad Aalto que dirigió la investigación.
Este estudio, una colaboración entre científicos de la Universidad Aalto y la Universidad de Stanford, se publicó en la revista Nano Letters .
Las nanoesferas miden pulsos de fuerza que se acumulan en fuerzas más fuertes
Se puede formar un tumor primario dentro del conducto mamario del seno, donde las células cancerosas están confinadas por una membrana especial, llamada membrana basal. Las células de cáncer de mama son más grandes que los poros de estas membranas, por lo que deben abrirse paso para propagarse a otros tejidos. Anteriormente, los investigadores pensaban que las células usaban enzimas para disolver las membranas, pero ahora se sabe que las células de cáncer de mama usan otro mecanismo que involucra protuberancias celulares para atravesar las membranas.
"En este mecanismo, las células de cáncer de mama usan fuerzas generadas por las protuberancias para abrir canales dentro del material de la membrana. Luego, las células cancerosas ingresan al tejido circundante y pueden viajar más lejos a los vasos sanguíneos para diseminarse al resto del cuerpo. De hecho ", los vasos sanguíneos también están rodeados por una membrana basal. Las células de cáncer de mama utilizan potencialmente un mecanismo similar para atravesar esas membranas basales", explica Pokki. "El grupo del profesor Ovijit Chaudhuri en Stanford encontró originalmente este mecanismo de protrusión en 2018. La colaboración con su grupo ha sido la clave para la importancia fisiológica de este trabajo", dice Pokki.
Una nueva técnica mide las fuerzas generadas por las células cancerosas con un microscopio biológico que detecta esferas biocompatibles dentro del material tisular. Las fuerzas celulares se calculan utilizando información sobre dos tipos de esferas, una que detecta el movimiento a nanoescala y otra que mide las propiedades mecánicas. La técnica revela que las células cancerosas generan fuerzas de manera escalonada, y las fuerzas se acumulan dentro del material tisular que rodea un tumor de cáncer de mama. Crédito:Juho Pokki/Universidad Aalto
El nuevo estudio utiliza cultivos celulares en 3D compuestos por células de cáncer de mama y material de membrana basal estándar. Dentro de los cultivos 3D, los investigadores incrustaron dos tipos de esferas biocompatibles:un tipo se movía junto con las fuerzas generadas por las células cancerosas y el otro tipo medía la mecánica de restricción de la fuerza. Se utilizó un microscopio de fluorescencia modificado para tomar videos de estas esferas y rastrearlas a nanoescala.
Esto permitió a los investigadores medir los pulsos de fuerza provenientes de las células cancerosas. "Estudios anteriores habían medido el movimiento de las protuberancias celulares durante períodos de tiempo más largos, pero nuestro estudio mostró que pueden pasar muchas cosas en solo 15 minutos. Vimos pulsos de fuerza y movimiento a nanoescala en unos pocos segundos, lo cual es sorprendente. Además, estos pulsos se acumulan , lo que resulta en fuerzas más fuertes aplicadas sobre el material de la membrana", dice Pokki.
"Actualmente, este es el método más preciso para medir cómo se generan las fuerzas celulares en la cultura 3D", agrega Pokki.
Hacia un desarrollo de fármacos más eficiente y personalizado
El cáncer de mama es la forma más común de cáncer para las mujeres en todo el mundo. Cada año, más de 350.000 mujeres son diagnosticadas con cáncer de mama solo en la Unión Europea.
El desarrollo de medicamentos contra el cáncer de mama es costoso, lento y, a menudo, ineficiente, ya que menos del 5 % de los candidatos a fármacos que se seleccionan mediante cultivos celulares 2D y experimentos con animales demuestran ser efectivos en ensayos clínicos en humanos.
"Nuestros métodos proporcionan datos computacionales más precisos sobre las fuerzas celulares durante la invasión de las células de cáncer de mama. Nuestro grupo combina los métodos con la tecnología de microscopía para hacer que los experimentos en el área del cultivo celular en 3D sean más reproducibles. Creo que los desarrollos tecnológicos eventualmente impulsarán la investigación preclínica Ya hemos iniciado un proyecto relacionado en el área de la medicina oncológica personalizada”, revela Pokki. Las células madre del cáncer de mama pueden usar un nicho arteriolar para prepararse para la metástasis
