Los modelos de cáncer creados por ingenieros mecánicos ofrecen nuevos conocimientos sobre el crecimiento tumoral
Células de cáncer de colon en un agregado incrustado en un hidrogel bioinerte. Crédito: Instituto Politécnico Rensselaer
A medida que las células cancerosas y tumorales se mueven dentro del cuerpo humano, imparten y están sujetas a fuerzas mecánicas. Para comprender cómo estas acciones afectan el crecimiento, la propagación y la invasión de las células cancerosas, un equipo de ingenieros del Instituto Politécnico Rensselaer está desarrollando nuevos modelos que imitan aspectos del entorno mecánico dentro del cuerpo, lo que brinda una nueva perspectiva sobre cómo y por qué se desarrollan los tumores en ciertas maneras.
En una investigación publicada hoy en Integrative Biology, un equipo de ingenieros de Rensselaer desarrolló un modelo de vaso linfático in vitro en el labio para estudiar el crecimiento de émbolos tumorales, colecciones de células tumorales dentro de los vasos que a menudo se asocian con un aumento de la metástasis y la recurrencia del tumor.
«El crecimiento de los émbolos tumorales es importante para la diseminación y la metástasis de ciertos tipos de cáncer. Por ejemplo, el cáncer de mama inflamatorio tiene este patrón de crecimiento de diseminación masiva de émbolos que crecen dentro de los vasos linfáticos dérmicos, en el mama, y es muy agresivo en ese sentido», dijo Kristen Mills, profesora asistente de ingeniería mecánica en Rensselaer, quien dirigió esta investigación. «Este crecimiento de émbolos tumorales en realidad no se ha estudiado mucho».
Los modelos tumorales anteriores en el laboratorio han utilizado esferoides no restringidos de células tumorales que no permiten a los investigadores estudiar las interacciones mecánicas que realmente suceden. dentro de los límites físicos de un recipiente de forma tubular. Para imitar más de cerca lo que sucede en el cuerpo, Mills y su equipo modelaron un vaso linfático en el laboratorio utilizando un pequeño canal en un gel. Colocaron estos canales dentro de un gel bioinerte rígido o blando, para imitar las restricciones que los émbolos tumorales pueden encontrar en el tejido rígido y enfermo o en el tejido blando y sano.
Para incorporar los diferentes comportamientos de crecimiento de las células. , el equipo usó agregados de células de cáncer de mama y colon para modelar los émbolos, uno que es más agresivo y el otro menos.
Los investigadores encontraron que el modelo de un entorno tumoral rígido restringía ambos tipos de émbolos tumorales al canal cilíndrico, provocando un rápido crecimiento de los émbolos a lo largo del vaso. Sin embargo, encontraron que el crecimiento de las células cancerosas era diferente, según su tipo, en el modelo de matriz más blanda, que imita el tejido sano del colon o del seno.
Las células agresivas no se vieron afectadas por la presencia de el canal abierto en absoluto y creció como una esfera, sobresaliendo en la matriz, mientras que las células menos agresivas primero crecieron a lo largo del canal durante varios días antes de sobresalir en la matriz. Los investigadores vincularon las diferencias en el crecimiento con la capacidad de generación de fuerza de las células cancerosas. Mediciones independientes indicaron que las células cancerosas agresivas eran capaces de ejercer una fuerza significativamente mayor que las células menos agresivas.
El crecimiento a lo largo de un vaso o canal es problemático, dijo Mills, porque las células dentro del tumor tienen acceso constante a nutrientes vitales a través de la pared del vaso. Cuando las células tumorales crecen en una esfera y comienzan a sobresalir, dijo Mills, las células en el centro de esa masa se alejan cada vez más de los nutrientes hasta que se cortan y eventualmente mueren. Esta información podría ser crítica para el diseño y la prescripción terapéutica.
«Creemos que esto es importante porque de alguna manera sugiere que, si el tejido tumoral que rodea estos vasos se ha endurecido de manera anormal debido a la enfermedad, o si, por ejemplo, el tejido mamario está ya más denso o más rígido, es posible que realmente vea mucho más crecimiento dentro de los vasos que con un tejido más blando», dijo Mills, quien también es miembro del Centro de Biotecnología y Estudios Interdisciplinarios (CBIS) en Rensselaer.
Jonathan Kulwatno, estudiante graduado en ingeniería biomédica en Rensselaer, fue el primer autor de este artículo. Mills y Kulwatno colaboraron con investigadores de Mount Sinai.
Este enfoque único de ingeniería mecánica para estudiar el cáncer es un sello distintivo del trabajo transformador que se realiza dentro de CBIS, donde investigadores como Mills pueden colaborar en distintas disciplinas con otros ingenieros y científicos que trabajan en áreas similares.
«El enfoque de ingeniería del profesor Mills para estudiar el cáncer está sentando una base fundamental, donde se utilizan enfoques interdisciplinarios para comprender la mecanobiología del cáncer con un objetivo terapéutico eventual», dijo Deepak Vashishth, el director de CBIS.
A medida que Mills y su equipo continúan con su investigación, dijo, buscan nuevas formas de hacer que estos modelos sean más complejos sin perder la capacidad de aislar mecanismos mecánicos críticos.
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Ingenieros mecánicos desarrollan un modelo tumoral que se parece más al cuerpo Más información: Jonathan Kulwatno et al, El crecimiento de émbolos tumorales dentro de un modelo de vaso revela dependencia de la magnitud de la mecánica restricción, Biología Integrativa (2021). DOI: 10.1093/intbio/zyaa024 Información de la revista: Biología Integrativa
Proporcionado por el Instituto Politécnico Rensselaer Cita: Los modelos de cáncer creados por ingenieros mecánicos ofrecen una nueva visión del crecimiento tumoral ( 2021, 14 de enero) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-01-cancer-mechanical-insight-tumor-growth.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.