A three-dimensional imaging pipeline for the detection of vasculogenic mimicry in mouse tumor models

All'interno di un tumore in crescita, le cellule affrontano un problema disperato: hanno bisogno di un costante approvvigionamento di ossigeno e nutrienti per sopravvivere, ma sono spesso troppo lontane dai vasi sanguigni naturali del corpo per ottenerli. Per risolvere questo problema, molti tumori cercano di costruire la propria rete di tubature. Per decenni, gli scienziati hanno creduto che questi nuovi tubi fossero costruiti dalle cellule dei vasi sanguigni del corpo stesso, un processo noto come angiogenesi. Tuttavia, una scoperta più inquietante ha cambiato questa visione. I ricercatori hanno scoperto che in alcuni tumori aggressivi, le stesse cellule tumorali possono cambiare forma e comportamento per agire come cellule dei vasi sanguigni. Si allineano per formare tubi cavi che trasportano sangue, creando di fatto un sistema di autostrade privato per il tumore. Questo fenomeno è chiamato mimetismo vasculogenico. Poiché questi vasi autocostruiti permettono ai tumori di crescere più grandi e diffondersi più facilmente, sono collegati a esiti sfavorevoli per i pazienti. Eppure, confermare che questi vasi esistano davvero e funzionino all'interno di un tumore vivente è stato incredibilmente difficile, lasciando gli scienziati incerti sulla loro diffusione o su come fermarli.

Il modo standard per cercare questi vasi in passato prevedeva di prelevare una sottile sezione di tessuto tumorale e colorarla con due diversi coloranti. Un colorante, chiamato CD31, illumina le normali cellule dei vasi sanguigni. L'altro, noto come PAS, evidenzia un rivestimento zuccherino presente all'interno dei vasi sanguigni. La logica era semplice: se una struttura simile a un tubo presentava il rivestimento zuccherino ma mancava delle normali cellule dei vasi sanguigni, doveva trattarsi di un vaso creato dal tumore. Tuttavia, questo metodo presenta un grande difetto. La colorazione zuccherina non è specifica per i vasi sanguigni; può anche attaccarsi ad altre parti del tumore, creando falsi allarmi. Inoltre, osservare una singola sezione piatta di tessuto non può provare che il tubo stia effettivamente trasportando sangue o che sia realmente privo di cellule normali lungo tutta la sua lunghezza. È come cercare di capire la disposizione di una città guardando una singola fotografia di una strada; si potrebbero perdere i collegamenti e la vera natura degli edifici.

Per ottenere un quadro più chiaro, un team di ricercatori ha sviluppato un nuovo modo per vedere queste strutture in tre dimensioni. Invece di fare affidamento su sottili sezioni di tessuto, hanno lavorato con interi pezzi di tessuto tumorale provenienti da topi. Per prima cosa, hanno iniettato un colorante fluorescente nelle vene dei topi. Questo colorante, fatto di lectina di pomodoro, agisce come un tracciante che scorre attraverso qualsiasi vaso sanguigno aperto e funzionante, illuminando l'interno dei tubi. Dopo che il colorante ha circolato, i ricercatori hanno rimosso i tumori e utilizzato un processo chimico speciale per rendere il tessuto trasparente, un po' come trasformare un blocco di vetro in una finestra trasparente. Hanno poi colorato il tessuto con un marcatore che evidenzia le normali cellule dei vasi sanguigni. Infine, hanno utilizzato un microscopio potente che scatta migliaia di immagini da diverse angolazioni per ricostruire l'intera rete di vasi all'interno del tumore in 3D.

Quando hanno applicato questo nuovo metodo a vari modelli di tumore al seno e al polmone, i risultati sono stati sorprendenti. Il vecchio metodo, utilizzando i due coloranti su sezioni piatte, suggeriva che molti vasi fossero creati dal tumore. Tuttavia, la nuova imaging 3D ha rivelato che la maggior parte di quei sospetti vasi non trasportava effettivamente sangue. Infatti, i ricercatori hanno scoperto che il metodo tradizionale sovrastimava il numero di vasi funzionali creati dal tumore con un margine considerevole. In alcuni casi, meno del due percento delle strutture che sembravano vasi tumorali nel vecchio metodo trasportavano effettivamente sangue. La nuova tecnica ha mostrato che, sebbene esistano vasi funzionali creati dal tumore, essi sono molto meno comuni di quanto precedentemente pensato, e il vecchio metodo scambiava spesso altre strutture zuccherine per vasi sanguigni.

Lo studio ha fatto molto più di correggere i numeri; ha fornito la prima prova visiva convincente che questi vasi creati dal tumore possano effettivamente connettersi alla fornitura di sangue dell'ospite e trasportare sangue. In diversi modelli, i ricercatori hanno visto tubi creati dal tumore che erano completamente privi di normali cellule dei vasi sanguigni, eppure erano pieni del tracciante fluorescente, provando che erano aperti e in funzione. Hanno persino osservato vasi "mosaico", in cui le normali cellule dei vasi sanguigni e le cellule tumorali condividevano lo stesso tubo, e giunzioni in cui un vaso creato dal tumore si collegava direttamente a uno normale. Per essere assolutamente certi che questi vasi fossero rivestiti da cellule tumorali e non da qualche altro tipo di cellula dell'ospite, hanno utilizzato un modello di topo speciale in cui tutte le cellule del topo brillavano di verde. Hanno trovato vasi che erano riempiti dal tracciante rosso ma che non avevano alcun bagliore verde intorno a loro, confermando che le cellule tumorali stesse erano le uniche a rivestire quei tubi specifici.

Questo lavoro stabilisce un nuovo standard, più affidabile, per rilevare questi pericolosi vasi. Mostrando che il vecchio metodo era incline all'errore, i ricercatori hanno chiarito cosa dobbiamo cercare per trovarli. La nuova pipeline 3D permette agli scienziati di vedere l'intera struttura dell'apporto sanguigno del tumore, confermando quali vasi siano reali e funzionali. Questa chiarezza è essenziale per sviluppare nuovi farmaci. Se gli scienziati non possono identificare accuratamente questi vasi, non possono progettare trattamenti per fermarli. Fornendo una mappa chiara di come questi vasi si formano e funzionano, questa ricerca offre una solida base per future terapie mirate a interrompere le linee di rifornimento create dal tumore.