Используя сочетание компьютерного моделирования и экспериментальных исследований, группа исследователей раскрывает важные подсказки относительно того, как клетки рака молочной железы проникают в ткань молочной железы.

В традиционных моделях мышей, которые используются для изучения инвазии рака груди, исследователи берут тонкие срезы опухоли, вызванной у мыши, и изучают их под микроскопом. Эта процедура дает ценную информацию об инвазии рака груди, сказал Кори О\’Херн, старший автор исследования, но она ограничена во многих отношениях.

«Проблема с текущими исследованиями на мышиных моделях заключается в том, что гистологические исследования дают только тонкие срезы опухоли в одной временной точке», — сказал О\’Херн, профессор машиностроения и материаловедения, физики и прикладной физики. «Они не позволяют исследователям отслеживать пространственно-временную эволюцию инвазии раковых клеток».

С этой целью исследовательская группа разработала новую вычислительную модель инвазии рака молочной железы. «С помощью этих недавно разработанных вычислительных моделей мы теперь можем определить, как раковые клетки проникают в ткань молочной железы в трех измерениях в зависимости от времени. Например, мы можем предсказать, как быстро раковым клеткам нужно пройти заданное расстояние через плотную ткань молочной железы».

Помимо вычислительных моделей, группа также разрабатывает эксперименты in vitro — модельные системы, состоящие из микронных гранул, смешанных с коллагеновыми волокнами , которые воспроизводят многие особенности рака молочной железы в моделях животных и позволяют подтверждать правильность компьютерного моделирования .

О\’Херн руководил компьютерным моделированием, а эксперименты in vitro проводила профессор Клаудия Фишбах из Корнелльского университета. Исследование было опубликовано в APL Bioengineering .

В частности, исследователи сосредоточились на опухолях груди, которые возникают в эпителиальной выстилке молочных протоков. Здоровые эпителиальные клетки остаются вместе и формируют выстилку молочных протоков. Но когда они становятся раковыми, они становятся подвижными, отделяются друг от друга и выходят из молочных протоков в окружающую жировую ткань, которая состоит из жировых клеток.

Количество раковых клеток, которые проникают в жировую ткань, определяет вероятность того, что они проникнут в кровеносные сосуды и образуют вторичные опухоли.

«Мы заинтересованы в понимании этого процесса, потому что когда раковые клетки проникают в жировую ткань, тем выше вероятность того, что они дадут метастазы и сформируют вторичные опухоли, которые редко поддаются лечению», — сказал он. «Если бы раковые клетки локализовались в молочных протоках, рак груди было бы гораздо легче лечить».

Помимо липкости раковых клеток, исследователи изучают и другие переменные, в том числе жесткость жировых клеток, поскольку менее деформируемые клетки затрудняют проникновение раковых клеток в жировую ткань. Другим фактором является размер промежутков между жировыми клетками и степень, в которой внеклеточный матрикс ( ECM) в этих промежутках выровнен, чтобы обеспечить эффективную миграцию раковых клеток.

«Движутся ли раковые клетки баллистически или диффузно? Могут ли они двигаться достаточно быстро, чтобы деформировать адипоциты? Если мы поймем эти вопросы, мы сможем понять физический механизм, с помощью которого раковые клетки перемещаются через очень плотную жировую ткань».

По словам О\’Херна, при отсутствии «миниатюрных камер», которые могли бы наблюдать за распространением рака молочной железы в режиме реального времени, наилучшим подходом может оказаться двусторонний подход, включающий компьютерное моделирование и эксперименты in vitro.

По его словам, с помощью этого подхода им удалось доказать, что активность и липкость раковых клеток, жесткость жировых клеток и ограничение внеклеточного матрикса контролируют переход от отсутствия инвазии к инвазии раковых клеток в жировую ткань.