Διερεύνηση της μηχανικής συμπεριφοράς καρκινικών κυττάρων και συσχέτιση με το μεταστατικό τους δυναμικό πριν και μετά τη χρήση χημειοθεραπευτικών παραγόντων
Authors: Μέτσιου Δέσποινα-Νεκταρία 
Published: July 2022

Η μελέτη των μηχανικών ιδιοτήτων των καρκινικών κυττάρων μπορεί να συμβάλει στην κατανόηση της παθογένειας που οδηγεί στην κακοήθεια. Η εμφάνιση και η εξέλιξη του καρκίνου, συνδέεται έντονα με τη χαλάρωση των δυνάμεων προσκόλλησης μεταξύ των καρκινικών κυττάρων, διευκολύνοντας έτσι την αδιάλειπτη αποκόλληση από την εξωκυττάρια μήτρα (ECM) και εκ νέου προσκόλληση σε αυτήν, προκειμένου το καρκινικό κύτταρο να κινηθεί προς την κατεύθυνση της μετάστασης. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, τα καρκινικά κύτταρα υφίστανται μηχανικές καταπονήσεις και ανταποκρίνονται με παραμόρφωση της ολικής εσωτερικής δομής τους και μεμβράνης, ενώ προκαλούνται προεξοχές καθώς εισβάλουν στους γειτονικούς ιστούς. Η κυτταρική απόκριση στις μηχανικές δυνάμεις σχετίζεται εγγενώς με την αναδιοργάνωση του κυτταροσκελετού, τη διάχυση των συνδέσεων κυττάρου-κυττάρου και την προσκόλληση στο μικροπεριβάλλον της ECM. Επιπλέον, ο ρόλος των πρωτεϊνών εστιακής προσκόλλησης και ιδιαίτερα ο ρόλος της βινκουλίνης στην κυτταρική προσκόλληση και αποκόλληση κατά τη μετανάστευση είναι κρίσιμος, υποδεικνύοντας τις σθεναρές συνδέσεις κυττάρου-ECM που ευνοούν ή αναστέλλουν το μεταστατικό γεγογονός. Η εμβιομηχανική ανάλυση αυτών των αλληλουχιών των γεγονότων μπορεί να αποσαφηνίσει την εξέλιξη του όγκου και τη δυνατότητα των καρκινικών κυττάρων προς μετανάστευση και μετάσταση. Στο πρώτο μέρος της παρούσης μελέτης, διερευνήθηκε η μηχανική συμπεριφορά των αιωρούμενων και προσκολλημένων καρκινικών κυττάρων του μαστού μέσω της μεθόδου της μικροπιπέτας με ιδιαίτερη έμφαση στη σύγκριση της κυτταρικής δυσκαμψίας και των ιξωδοελαστικών παραμέτρων ορμονοεξαρτώμενου τύπου καρκίνου (ER+), MCF-7, καθώς και καρκινικών κυττάρων που εκφράζουν τον επιδερμικό αυξητικό παράγοντα 2 (HER2+), SKBR-3 πριν και μετά τη θεραπεία με ταμοξιφαίνη και τραστουζουμάμπη, αντίστοιχα. Οι αλλαγές των μηχανικών παραμέτρων έδειξαν σημαντική αύξηση της δυσκαμψίας των κυττάρων, ειδικά μετά τη θεραπεία με τραστουζουμάμπη και αλλαγές στις ιξωδοελαστικές παραμέτρους και στις δύο καρκινικές κυτταρικές σειρές μετά τη θεραπεία. Σύμφωνα με την ανάλυση ανοσοφθορισμού, η αυξημένη δυσκαμψία των κυττάρων αντιστοιχούσε στην αναδιαμόρφωση της F-ακτίνης, η οποία βρέθηκε συγκεντρωμένη περιφερειακά στη μεμβράνη των κυττάρων που έλαβαν αγωγή με ταμοξιφαίνη και περιπυρηνικά συσσωρευμένη στον κυτταροσκελετό καρκινικών κυττάρων που έχει υποστεί θεραπεία με τραστουζουμάμπη, υποδηλώνοντας μειωμένη πιθανότητα κυτταρικής παραμόρφωσης και κινητικότητας. Επιπλέον, αυτά τα αποτελέσματα ήταν σύμφωνα με τη μελέτη της συλλογικής και μονήρους μετανάστευσης μέσω δοκιμασιών επούλωσης τραύματος δι’αμυχής και θαλάμου Boyden αντίστοιχα, όπου βρέθηκε ότι η πιθανότητα μετανάστευσης μειώθηκε σημαντικά μετά τη θεραπεία. Κατά συνέπεια, αυτά τα ευρήματα οδηγούν σε αυξημένο ενδιαφέρον για την κυτταρομηχανική του καρκίνου μετά από θεραπεία με αντικαρκινικούς παράγοντες, κυρίως στην κατανόηση της επίδρασης των αλλαγών των μηχανικών ιδιοτήτων στην πιθανότητα αλλαγής στο μεταστατικό δυναμικό. Στο δεύτερο μέρος αυτής της μελέτης, εκτιμήθηκε το μέτρο ελαστικότητας, ο ρυθμός εξάπλωσης και της δύναμης προσκόλλησης-αποκόλλησης μεταξύ των καρκινικών κυττάρων του μαστού-ECM πριν και μετά τη θεραπεία με αντικαρκινικούς παράγοντες. Συγκεκριμένα, διαφορετικές συγκεντρώσεις ταμοξιφαίνης χρησιμοποιήθηκαν σε ER+ καρκινικά κύτταρα μαστού, τραστουζουμάμπη και περτουζουμάμπη για HER2+ αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το μέτρο ελαστικότητας σημείωσε αύξηση μετά τη θεραπεία με αντικαρκινικούς παράγοντες και ο ρυθμός εξάπλωσης μετά τη θεραπεία μειώθηκε σημαντικά και στους δύο τύπους καρκίνου του μαστού, υποδηλώνοντας χαμηλότερο μεταστατικό δυναμικό. Επιπλέον, τα κύτταρα μετά τη θεραπεία απαιτούσαν μεγαλύτερες δυνάμεις προσκόλλησης ώστε να αποκολληθούν από το ECM, υποδηλώνοντας ενίσχυση των συνδέσεων κυττάρου-ECM μετά τη θεραπεία, αποτρέποντας έτσι συμβάντα αποκόλλησης καρκινικών κυττάρων από το ECM, και επομένως, η πιθανότητα κινητικότητας, μετανάστευσης και μετάστασης των κυττάρων αναστέλλεται. Επιπλέον, τα επίπεδα φθορισμού της πρωτεΐνης προσκόλλησης βινκουλίνης μετά την επιβολή διατμητικής τάσης προς αποκόλληση κυττάρων και μετά τη θεραπεία αυξήθηκαν, υποδεικνύοντας πιο σθεναρές συνδέσεις κυττάρου-ECM γεγονός που μειώνει την πιθανότητα αποκόλλησης κυττάρων και επομένως ελαττώνεται η πιθανότητα κίνησης και μετάστασης. Στο τρίτο μέρος της διατριβής, υπολογίστηκαν οι αλλαγές στο μέτρο ελαστικότητας, στην τραχύτητα της κυτταρικής μεμβράνης και στο μεταναστευτικό δυναμικό των καρκινικών κυττάρων του μαστού πριν και μετά τη θεραπεία με ρυθμιστικό μέσο από ανθρώπινα μεσεγχυματικά βλαστοκύτταρα ομφαλίου λώρου (hUMSCs-CM) σε συνθήκες στατικής και δυναμικής κυτταρικής καλλιέργειας σε 2D επιφάνειες και 3D ικριώματα. Είναι ενδιαφέρον το εύρημα ότι τα ER+ καρκινικά κύτταρα έδειξαν θετική απόκριση στη θεραπείας με hUMSCs-CM και συγκεκριμένα στον περιορισμό της βιωσιμότητας των κυττάρων, της κινητικότητας και του μεταστατικού δυναμικού. Επιπλέον, η αύξηση του μέτρου ελαστικότητας μετά τη θεραπεία ER+ κυττάρων υποδηλώνει δύσκαμπτα καρκινικά κύτταρα με περιορισμένη κυτταρική κίνηση και κυτταροσκελετικές αλλοιώσεις γεγονός που ενισχύει τα προηγούμενα αποτελέσματα. Αντίθετα, η μελέτη των HER2+ κυττάρων έδειξε ότι η βιωσιμότητα και το μεταναστευτικό δυναμικό δεν περιορίστηκαν μετά τη θεραπεία με hUMSCs-CM, πιθανώς λόγω της εγγενούς επιθετικότητάς τους. Η αυξημένη βιωσιμότητα των κυττάρων μετά τη θεραπεία και η μειωμένη κυτταρική δυσκαμψία υποδεικνύουν υψηλό δυναμικό κίνησης των κυττάρων. Ως εκ τούτου, η θεραπεία δεν είχε αποτελεσματικότητα στα κύτταρα HER2+.