Rintasyöpäsolu leviää tekemällä kudosmateriaaliin käytäviä – uusi mittausmenetelmä paljasti hämmästyttävän tiedon solun käyttämistä voimista
Rintasyöpäsolujen leviämistä on tutkittu laboratorioissa pitkään 2D-soluviljelmissä, joissa syöpäsolut kasvavat litteästi maljan pinnalla.
3D-soluviljelmissä rintasyöpäsolut kasvavat kudosmateriaalissa, ja syöpäsolujen käyttäytyminen muistuttaa enemmän niiden toimintaa ihmisen elimistössä. Tämä parantaa tutkimusten tarkkuutta. Tutkijoilta on kuitenkin puuttunut 3D-materiaaleille sopiva menetelmä, jolla voitaisiin tarkasti mitata syöpäsolun leviämiseen käyttämiä voimia.
Nyt Aalto-yliopiston ja Stanfordin yliopiston tutkijat ovat kehittäneet uuden mittausmenetelmän, joka hyödyntää nanokokoisia, bioyhteensopivia koetinpalloja.
”Osoitimme sen toimivuuden pahanlaatuisen rintasyöpäkasvaimen varhaisen leviämisen tutkimisessa”, kertoo menetelmän kehitystä johtanut tutkija Juho Pokki Aalto-yliopistosta.
Tulokset julkaistiin äskettäin arvostetussa Nano Letters -tiedelehdessä.
Pienistä voimista isompiin muutoksiin
Rintasyöpä on primäärikasvainvaiheessa tiiviin, tyvikalvoksi kutsutun, väliaineen ympäröimä solurypäs.
Tyvikalvossa on huokosia, jotka ovat kooltaan tyypillisesti vain kymmeniä nanometrejä. Siksi satoja kertoja suuremmat, yli 10 mikrometrin kokoiset rintasyöpäsolut eivät noin vain pääse tunkeutumaan rei’istä läpi ja leviämään muualle elimistöön.
Aiemmin tutkijat uskoivat, että syöpäsolujen pääkeino etenemiseen on sulattaa tyvikalvoa tiettyjen entsyymien avulla. Solujen entsyymituotantoon vaikuttavat syöpälääkkeet toimivat kuitenkin heikosti, ja siksi tutkijat ymmärsivät solujen käyttävän leviämiseen muitakin keinoja.
Vuonna 2018 Stanfordin tutkijat raportoivat, että rintasyöpäsolut pystyvät leviämistä varten hyödyntämään protruusioksi kutsuttua solun uloketta.
”Ulokkeilla rintasyöpäsolut avaavat käytäviä kalvomateriaaliin, josta ne menevät läpi ympäröivään, kollageenia sisältävään kudokseen. Sieltä syöpäsolut voivat vaeltaa kohti verisuonia, joiden kautta ne leviävät muualle elimistöön. Myös verisuonia suojaa tyvikalvo, ja todennäköisesti samankaltainen mekanismi toimii myös sen muodostaman esteen läpäisemisessä”, Pokki selittää.
Nyt julkaistussa tutkimuksessa tutkijat kasvattivat syöpäsoluja standardissa tyvikalvoa mallintavassa 3D-materiaalissa. Materiaalissa oli kahdenlaisia koetinpalloja, joita seurattiin biologisella mikroskoopilla. Pienempien, 500 nanometrin kokoisten pallojen liikkeen avulla tutkijat mittasivat materiaaliin kohdistuvia voimia. Rintasyöpäsolujen lähellä olevat suuremmat, 10 mikrometrin kokoiset pallot mittasivat liikkeisiin vaikuttavia mekaanisia ominaisuuksia.
”Aiemmin syöpäsolujen liikkeitä on mitattu pidemmissä jaksoissa. Me osoitimme tutkimuksessa, että jo 15 minuutissa tapahtuu paljon. Nanomittakaavassa liikkeitä ja voimia rekisteröitiin jo muutamissa sekunneissa, mikä on hämmästyttävää. Nuo sekuntiskaalalla tapahtuvat voimasykäykset kumuloituvat ja siten tuottavat lopulta isompia muutoksia”, Pokki kertoo.
Tutkimuksen mahdollisti monialainen työskentely. Toinen tutkimuksen päätekijä Luka Sikic hyödynsi koneoppimistaustaansa mittausten ja tulosten analysoinnissa. Toinen päätekijä, jo Aalto-yliopistosta valmistunut Ester Schulma, teki pääosan mittauksista.. Anna Kosklinin mallinnuksen tulokset vastasivat kokeellisia mittaustuloksia, mikä auttoi työn validoinnissa. Pokin ryhmän yhteistyökumppanina on Stanfordin Ovijit Chaudhurin laboratorio, joka löysi rintasyöpäsolujen ulokkeita hyödyntävän leviämismekanismin. Laboratorion Aashrith Saraswathibhatla vertasi terveiden solujen käyttäytymistä syöpäsoluihin.
Nopeampaa ja yksilöllisempää lääkekehitystä
Rintasyöpä on ympäri maailmaa naisten yleisin syöpämuoto. Suomessa siihen sairastuu vuosittain noin 5 000 naista.
Rintasyöpälääkkeiden kehitys on kallista, hidasta ja usein tehotonta, sillä perinteisiä 2D-viljelmiä ja hiirikokeita hyödyntävän prekliinisen vaiheen läpäisseistä lääkekandidaateista vain alle 5 prosenttia osoittautuu tehokkaiksi kliinisissä kokeissa.
”Meidän menetelmämme antavat uutta laskennallista tietoa 3D-soluviljelmistä ja auttavat tekemään niistä toistettavampia. Toivon, että näin voidaan tehostaa prekliinistä tutkimusta. Olemme jo aloittaneet uuden, yksilölliseen syöpälääketieteeseen keskittyvän tutkimusprojektin”, Pokki paljastaa.
Luka Sikic, Ester Schulman, Anna Kosklin, Aashrith Saraswathibhatla, Ovijit Chaudhuri & Juho Pokki:
Nanoscale Tracking Combined with Cell-Scale Microrheology Reveals Stepwise Increases in Force Generated by Cancer Cell Protrusions
Nanoletters, 11.8.2022
Linkki julkaisuun (pubs.acs.org)
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Tutkija Juho Pokki, Aalto-yliopisto
puh. 050 327 7999
juho.pokki@aalto.fi
Kuvat
Linkit
Tietoja julkaisijasta
Aalto-yliopistossa tiede ja taide kohtaavat tekniikan ja talouden. Rakennamme kestävää tulevaisuutta saavuttamalla läpimurtoja avainalueillamme ja niiden yhtymäkohdissa. Samalla innostamme tulevaisuuden muutoksentekijöitä ja luomme ratkaisuja maailman suuriin haasteisiin. Yliopistoyhteisöömme kuuluu noin 13 000 opiskelijaa ja yli 4 500 työntekijää, joista 400 on professoreita. Kampuksemme sijaitsee Espoon Otaniemessä.
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Aalto-yliopisto
Kuinka helpottaa tekstin näpyttelyä puhelimella? Tutkijat loivat ensi kertaa ihmisen tekstinsyöttöä simuloivan tekoälymallin18.4.2024 08:45:00 EEST | Tiedote
Malli auttaa ymmärtämään, mitkä tekijät sujuvoittavat ja mitkä puolestaan vaikeuttavat puhelimen näpyttelyä erilaisilla käyttäjäryhmillä.
EMBARGO: Tutkimus selvitti ilmastonmuutoksen vaikutusta tundralla: lämpeneminen voi lisätä hiilen vapautumista hälyttävästi17.4.2024 18:00:00 EEST | Tiedote
Tutkimuksessa havaittiin, että ilman ja maaperän lämpeneminen sekä maaperän kuivuminen lisäsi hiilen vapautumista tundran ekosysteemistä.
Kuivuus on uhka runsaiden vesivarojen Suomessakin16.4.2024 13:15:00 EEST | Tiedote
Suomessa on yhä alhainen riski kuivuudelle, mutta viime vuosikymmenien kuivista kausista on kuitenkin aiheutunut vakavia vaikutuksia etenkin maataloudelle ja vesihuollolle.
Fyysikot onnistuivat selittämään tuntemattoman voiman, joka kiskoo vesipisaroita huippuliukkailla pinnoilla16.4.2024 08:45:00 EEST | Tiedote
Tulokset auttavat kehittämään aiempaa liukkaampia pintoja, jollaisia hyödynnetään esimerkiksi lääketeollisuudessa ja liikenteessä.
EMBARGO 11.4.2024 KLO 13.00: Bioinspiroituja värejä ja olosuhteisiin sopeutuvia materiaaleja – Professori Olli Ikkalan kolmas EU-hanke pohjaa eläviin systeemeihin11.4.2024 13:00:00 EEST | Tiedote
Teknillisen fysiikan professori Olli Ikkala saa inspiraation tutkimukseensa luonnon materiaaleista ja toisinaan myös barokkimusiikista.
Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme