Exploring the interaction between extracellular matrix components of bone marrow and prostate cancer cells in a novel 3D model

Quando il cancro si diffonde dal suo sito originale alle ossa, spesso si nasconde in uno strato profondo e protettivo chiamato midollo osseo. Questo ambiente non è solo uno spazio di stoccaggio passivo; è un quartiere complesso pieno di cellule viventi e di una struttura appiccicosa e strutturale nota come matrice extracellulare. Pensate a questa struttura come all'impalcatura che tiene insieme il quartiere. Per anni, gli scienziati hanno saputo che le cellule cancerose che si nascondono in questo midollo osseo possono diventare dormienti, o andare a dormire, diventando invisibili ai comuni farmaci chemioterapici. Mentre i ricercatori hanno studiato come le cellule cancerose comunicano con i loro vicini, il modo specifico in cui queste cellule interagiscono con l'impalcatura appiccicosa stessa è rimasto un mistero. Comprendere questa interazione è cruciale perché potrebbe spiegare perché alcuni pazienti hanno ricadute anni dopo il trattamento, con cellule dormienti che si risvegliano per causare nuovi e pericolosi tumori.

Un team di ricercatori del Centro Medico dell'Università di Rochester ha deciso di risolvere questo enigma costruendo un nuovo modello tridimensionale che imiti l'impalcatura del midollo osseo. Invece di far crescere le cellule cancerose su piatti di plastica piatti, che non riflettono il modo in cui si comportano nel corpo umano, gli scienziati hanno creato una spugna porosa fatta di un materiale naturale trovato nei cordoni ombelicali. Hanno rimosso tutte le cellule viventi da questo materiale, lasciando dietro di sé solo le proteine strutturali che assomigliano all'ambiente del midollo osseo. Hanno poi posto due tipi comuni di cellule di cancro alla prostata su questa spugna per vedere come avrebbero reagito. L'obiettivo era osservare se l'ambiente fisico da solo potesse cambiare le cellule cancerose, rendendole resistenti ai farmaci o trasformandole in uno stato più pericoloso, simile a quello delle cellule staminali.

I risultati hanno mostrato che l'ambiente della spugna ha avuto un effetto profondo sulle cellule cancerose. Quando le cellule crescevano all'interno di questa struttura tridimensionale, diventavano significativamente più difficili da uccidere con un comune farmaco chemioterapico chiamato Docetaxel. Le cellule hanno anche rallentato la loro crescita, entrando in uno stato di dormienza simile alla fase di sonno che permette loro di sopravvivere al trattamento nel corpo. Tuttavia, la scoperta più sorprendente è stata che questo ambiente non influenzava tutte le cellule cancerose allo stesso modo. Un tipo di cellula di cancro alla prostata, noto come DU145, ha iniziato a cambiare la propria identità. Dopo aver trascorso una settimana sulla spugna, un piccolo gruppo di queste cellule, circa il cinque per cento del totale, ha iniziato a mostrare marcatori di cellule staminali cancerose. Queste sono le rare cellule all'interno di un tumore che hanno la capacità unica di dare inizio a nuove crescite e resistere alla terapia. L'altro tipo di cellula testata, PC-3, non ha subito questa stessa trasformazione, suggerendo che la capacità di cambiare dipenda dal tipo specifico di cellula cancerosa coinvolta.

Per confermare che queste cellule cambiate fossero effettivamente più pericolose, i ricercatori hanno preso il piccolo gruppo di cellule alterate e le hanno iniettate in topi. Hanno scoperto che queste cellule potevano dare inizio a nuovi tumori con numeri molto inferiori rispetto alle cellule originali e non alterate. Mentre le cellule originali avevano bisogno di un milione per formare un tumore, le cellule alterate potevano dare inizio a un tumore con solo poche migliaia. Inoltre, quando questi nuovi tumori sono stati esaminati, hanno mostrato segni di essersi diffusi in modo più aggressivo. Le cellule avevano anche cambiato la loro forma, diventando più allungate e flessibili, un cambiamento fisico che spesso aiuta le cellule cancerose a viaggiare attraverso il corpo. Ciò suggerisce che l'impalcatura del midollo osseo fa molto di più che offrire rifugio alle cellule cancerose; può riprogrammare attivamente un piccolo sottogruppo di esse in una forma più resiliente e pericolosa.

Lo studio evidenzia che la struttura fisica del midollo osseo svolge un ruolo critico nel modo in cui il cancro alla prostata si comporta. Creando un modello che imita accuratamente questa struttura, i ricercatori sono stati in grado di vedere come l'ambiente stesso inneschi i cambiamenti nelle cellule cancerose. Hanno osservato che l'interazione tra la cellula e l'impalcatura può indurre uno stato di dormienza e un passaggio verso un'identità di tipo staminale, che sono fattori chiave della resistenza al trattamento. Sebbene i ricercatori abbiano notato che devono ancora identificare esattamente quali parti dell'impalcatura causino questi cambiamenti, il loro lavoro fornisce una chiara strada da seguire. Suggerisce che, per prevenire il ritorno del cancro, i medici potrebbero dover colpire non solo le cellule cancerose, ma anche l'ambiente specifico che permette loro di nascondersi ed evolversi. Questo nuovo modello offre uno strumento potente per testare come interrompere la connessione tra il cancro e la sua casa protettiva, portando potenzialmente a modi migliori per trattare la malattia metastatica.