La adherencia y la contractilidad permiten que las células metastásicas vayan contra la corriente
El dispositivo microfluídico de clasificación de células permitió a los investigadores aislar células en función de la fuerza de adhesión. Crédito: Benjamin Yeoman/Engler Lab
Bioingenieros de la Universidad de California en San Diego y la Universidad Estatal de San Diego han descubierto una característica clave que permite que las células cancerosas rompan el comportamiento celular típico y migren lejos del tejido más rígido en un tumor, desprendiendo luz sobre el proceso de metástasis y ofreciendo posibles nuevos objetivos para las terapias contra el cáncer.
Está bien documentado que las células suelen migrar del tejido más blando a regiones más rígidas dentro de la matriz extracelular, un proceso llamado durotaxis. Las células cancerosas metastásicas son la rara excepción a esta regla, ya que se alejan del tejido tumoral más rígido hacia el tejido más blando y propagan el cáncer a medida que migran. No se ha entendido bien qué permite que estas células muestren este comportamiento atípico, llamado adurotaxis, y migren lejos del tumor más rígido.
A partir de investigaciones previas dirigidas por bioingenieros en el laboratorio del profesor Adam Engler de UC San Diego, que descubrió que las células débilmente adherentes, o menos pegajosas, migraban e invadían otros tejidos más que las células fuertemente adherentes, el equipo ahora ha demostrado que la contractilidad de estas células débilmente adherentes es lo que les permite moverse hacia un tejido menos rígido. Al reducir químicamente la contractilidad de las células débilmente adherentes, se vuelven durotácticas y migran hacia un tejido más rígido; el aumento de la contractilidad de las células fuertemente adheridas las hace migrar a favor del gradiente de rigidez. Los investigadores publicaron sus hallazgos el 9 de marzo en Cell Reports.
«La conclusión principal aquí es que las células menos adherentes y más contráctiles son las que no exhiben un comportamiento durotáctico típico», dijo Benjamin Yeoman, un doctorado en bioingeniería. estudiante en el programa conjunto de UC San Diego y SDSU, y primer autor del estudio. «Pero más allá de eso, vemos esto en varios tipos diferentes de cáncer, lo que abre la posibilidad de que tal vez exista esta similitud entre los diferentes tipos de carcinomas que podrían ser un objetivo para un tratamiento más universal».
Fuertemente adherente, Las células durotácticas migran hacia un sustrato más rígido durante un video de lapso de tiempo. Crédito: Benjamin Yeoman
Para descubrir qué permite este comportamiento atípico, Yeoman primero utilizó modelos computacionales desarrollados en el laboratorio del bioingeniero Parag Katira en el Departamento de Ingeniería Mecánica de SDSU, para tratar de identificar qué era diferente en las células que podían moverse. contra el gradiente de rigidez. Los modelos mostraron que cambiar la fuerza contráctil de una célula podría modular la fuerza de adhesión de la célula en un entorno de cierta rigidez, lo que cambiaría su capacidad para ser durotáctico. Para confirmar los resultados computacionales, Yeoman utilizó un dispositivo de cámara de flujo de microfluidos diseñado para investigaciones previas sobre adherencia celular en el laboratorio de Engler, para experimentar con la contractilidad de células cancerosas reales de líneas celulares de cáncer de mama, cáncer de próstata y cáncer de pulmón.
«Funcionó perfectamente», dijo Katira, coautora del artículo. «Realmente fue una colaboración ideal, en la que tienes resultados experimentales que muestran que algo es diferente; luego tienes un modelo computacional que lo predice y explica por qué sucede algo; y luego regresas y haces experimentos para probar realmente si eso está sucediendo». Todos estos bloques encajaron para producir este interesante resultado».
El dispositivo de cámara de flujo de placas paralelas utilizado para probar la teoría computacional fue diseñado por ingenieros en el laboratorio de Engler que estudian el efecto de la adherencia en la metástasis celular y recurrencia del cáncer, y se describió por primera vez en Cancer Research en febrero de 2020. Usando este dispositivo pendiente de patente, los investigadores ahora aislaron células en función de la fuerza de adhesión y las sembraron en hidrogeles con fotodiseño con perfiles alternos suaves y rígidos. Los investigadores usaron microscopía de video de lapso de tiempo para observar cómo se movían las células y encontraron que las células fuertemente adheridas se endurecían, moviéndose a secciones más rígidas, mientras que las células débilmente adheridas migraban a tejido más blando.
Después de investigar varios posibles mecanismos dentro de la célula que permiten este comportamiento, el equipo se centró en la contractilidad como un marcador clave de su capacidad para adurotax. Mediante la modulación de la cantidad de motores de miosina activos dentro de la célula, un marcador de la capacidad contráctil, pudieron lograr que las células previamente durotácticas migraran lejos del tejido más rígido, y que las células previamente adurotácticas y débilmente adherentes migraran hacia arriba del gradiente de rigidez.
A modelo computacional que predice cuán fuertemente adherentes, las células durotácticas deben migrar hacia un sustrato más rígido. El experimento con células reales confirmó esta predicción. Crédito: Benjamin Yeoman
Los investigadores esperan que este trabajo y el mayor desarrollo del dispositivo de clasificación de células microfluídicas permitan mejores evaluaciones del pronóstico de la enfermedad en el futuro. Su objetivo final es poder utilizar la cámara de flujo de placas paralelas como una forma de medir el potencial metastásico de las células de un paciente y utilizarlo como predictor de la recurrencia del cáncer para impulsar tratamientos y resultados más efectivos.
«Comprender los mecanismos que gobiernan la invasión de muchos tipos de tumores diferentes nos permite usar mejor este dispositivo para clasificar y contar células con adhesión débil y su porcentaje en un tumor, lo que puede correlacionarse con resultados deficientes para los pacientes», dijo Adam Engler, profesor de bioingeniería en UC San Diego y coautor correspondiente del artículo.
Los investigadores advirtieron que este descubrimiento no impide que otros mecanismos desempeñen un papel en la metástasis de las células. Sin embargo, destaca el importante papel que juegan la adherencia y la contractilidad, que debe estudiarse más a fondo.
«El punto no es decir que nada más puede alejar las células de un tumor», dijo Katira. «Podría haber otros impulsores de la metástasis, pero este es claramente un mecanismo importante, y el hecho de que las células puedan hacer esto a través de las células de cáncer de pulmón, mama y páncreas nos dice que esto es generalizable».
En el futuro, los ingenieros planean estudiar otros parámetros que puedan contribuir a la adurotaxis; investigar el efecto de diferentes tipos de entornos tumorales en la capacidad de una célula para adurotax; y pasar de la escala de células individuales a la escala de población, para ver cómo funcionan la adhesión y la contractilidad y se pueden modular cuando hay una población mixta de células con propiedades mecánicas únicas.
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La evaluación de la «pegajosidad» de las células tumorales podría mejorar el pronóstico del cáncer Más información: Cell Reports (2021). DOI: 10.1016/j.celrep.2021.108816 Información de la revista: Cell Reports
Proporcionado por la Universidad de California – San Diego Cita: Adhesión, contractilidad permiten que las células metastásicas vayan contra el grano (2021, 9 de marzo) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-03-adhesion-contractility-enable-metastatic-cells.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.