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

がんが元の部位から骨へと転移すると、多くの場合、骨髄と呼ばれる深く保護された層の中に潜伏します。この環境は単なる受動的な保管場所ではありません。それは生きた細胞と、細胞外マトリックスとして知られる粘着性のある構造的枠組みに満ちた、複雑な「近隣地域」なのです。この枠組みを、近隣を繋ぎ止める足場（スキャフォールディング）だと考えてください。長年、科学者たちは、この骨髄の中に隠れているがん細胞が休眠状態、つまり「眠り」につくことができ、それが標準的な化学療法剤に対して目に見えない状態になることを知っていました。研究者たちは、がん細胞がいかにして隣人（周囲の細胞）と対話するかについては研究してきましたが、これらの細胞が粘着性のある足場そのものとどのように相互作用するかという具体的な方法は、謎のまま残されていました。この相互作用を理解することは極めて重要です。なぜなら、それが、治療後数年を経て一部の患者が再発し、休眠していた細胞が目覚めて新たな危険な腫瘍を引き起こす理由を説明する可能性があるからです。

ロチェスター大学メディカルセンターの研究チームは、骨髄の足組みを模倣した新しい三次元モデルを構築することで、このパズルを解こうと立ち上がりました。がん細胞を平らなプラスチック皿の上で育てるのではなく（これは人体での振る舞いを反映していません）、科学者たちは臍帯に含まれる天然素材から作られた多孔質のスポンジを作成しました。彼らはこの素材からすべての生きた細胞を取り除き、骨髄の環境に似た構造タンパク質だけを残しました。そして、2種類の一般的な前立腺がん細胞をこのスポンジ上に配置し、それらがどのように反応するかを観察しました。目的は、物理的な環境単独で、がん細胞を薬剤耐性を持たせたり、より危険な幹細胞のような状態へと変化させたりすることができるのかどうかを観察することでした。

結果は、スポンジの環境ががん細胞に多大な影響を与えることを示しました。細胞がこの三次元構造の中で成長すると、ドセタキセルと呼ばれる標準的な化学療法剤による殺傷が著しく困難になりました。また、細胞の成長は鈍化し、体内での生存を可能にする睡眠期に似た休眠状態に入りました。しかし、最も驚くべき発見は、この環境がすべてのがん細胞に同じ影響を与えるわけではないということでした。DU145として知られる一種類の前立腺がん細胞は、そのアイデンティティを変え始めました。スポンジの上で1週間過ごした後、全細胞の約5パーセントに相当する小さなグループが、がん幹細胞のマーカーを示し始めたのです。これらは腫瘍内にある希少な細胞であり、新たな増殖を開始し、治療に抵抗する独自の能力を持っています。彼らがテストしたもう一方の細胞タイプであるPC-3は、この同様の変化を起こさなかったことから、変化する能力は関与するがん細胞の特定のタイプに依存していることが示唆されました。

これらの変化した細胞が本当に、より危険であることを確認するために、研究者たちは変化した細胞の小さなグループを取り出し、マウスに注入しました。その結果、これらの細胞は、元の変化していないがん細胞よりもはるかに少ない数で新しい腫瘍を開始できることがわかりました。元の細胞が腫瘍を形成するのに100万個必要だったのに対し、変化した細胞はわずか数千個で腫瘍を開始することができました。さらに、これらの新しい腫瘍を調べたところ、より攻撃的に広がっている兆候が見られました。細胞の形状も変化し、より細長く柔軟になっており、この物理的な変化はがん細胞が体内を移動するのを助けることがよくあります。これは、骨髄の足組みが単にがん細胞の隠れ家となるだけでなく、細胞の小数をより強靭で危険な形態へと能動的に再プログラミングする可能性があることを示唆しています。

この研究は、骨の物理的な構造が前立腺がんの振る舞いに決定的な役割を果たしていることを浮き彫りにしています。実際の構造を正確に模倣したモデルを作成することで、研究者たちは環境そのものがどのようにがん細胞を誘発するのかを観察することができました。彼らは、細胞と足組みとの相互作用が、休眠状態や幹細胞としてのアイデンティティへの移行を誘発し得ることを観察しました。これらは治療抵抗性の鍵となる要因です。研究者たちは、どの部分の足組みがこれらの変化を引き起こすのかを正確に特定する必要があるとしつつも、彼らの研究は明確な道筋を示しています。それは、がんの再発を防ぐためには、医師はがん細胞だけでなく、それらが隠れ、進化することを可能にする特定の環境をも標的にする必要があるかもしれないということです。この新しいモデルは、がんとその保護的な住処との間のつながりを断ち切る方法をテストするための強力なツールを提供しており、転移性疾患に対するより良い治療法につながる可能性があります。