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

Binnen een groeiende tumor worden cellen geconfronteerd met een wanhopig probleem: ze hebben een constante aanvoer van zuurstof en voedingsstoffen nodig om te overleven, maar ze bevinden zich vaak te ver van de natuurlijke bloedvaten van het lichaam om deze te verkrijgen. Om dit op te lossen, proberen veel tumoren hun eigen netwerk van buizen te bouwen. Decennialang geloofden wetenschappers dat deze nieuwe buizen werden gebouwd door de eigen bloedvatcellen van het lichaam, een proces dat bekend staat als angiogenese. Echter, een meer verontrustende ontdekking veranderde dat standpunt. Onderzoekers ontdekten dat in sommige agressieve kankers de tumorcellen zelf van vorm en gedrag kunnen veranderen om te fungeren als bloedvatcellen. Ze rijnen zich op om holle buizen te vormen die bloed vervoeren, waardoor ze effectief een privéhoofdwegsysteem creëren. Dit fenomeen wordt vasculogene mimicry genoemd. Omdat deze zelfgemaakte vaten ervoor zorgen dat tumoren groter kunnen groeien en gemakkelijker kunnen uitzaaien, zijn ze gekoppeld aan slechte resultaten voor patiënten. Toch is het bevestigen dat deze vaten daadwerkelijk bestaan en functioneren binnen een levende tumor ongelooflijk moeilijk geweest, waardoor wetenschappers er niet zeker van waren hoe algemeen ze zijn of hoe ze ze kunnen stoppen.

De standaardmanier om deze vaten in het verleden op te zoeken, hield in dat men een dunne plak van tumorweefsel nam en deze kleurde met twee verschillende kleurstoffen. De ene kleurstof, genaamd CD31, laat normale bloedvatcellen oplichten. De andere, bekend als PAS, benadrukt een suikerachtige laag die zich aan de binnenkant van bloedvaten bevindt. De logica was simpel: als een buisvormige structuur de suikerachtige laag had maar geen normale bloedvatcellen bezat, dan moest het een door de tumor gemaakte ader zijn. Echter, deze methode heeft een groot gebrek. De suikerkleuring is niet specifiek voor bloedvaten; het kan ook aan andere delen van de tumor blijven plakken, wat valse alarmen veroorzaakt. Bovendien kan het kijken naar een enkele platte plak weefsel niet bewijzen dat de buis daadwerkelijk bloed vervoert of dat hij over zijn gehele lengte echt leeg is van normale cellen. Het is alsof je probeert de lay-out van een stad te begrijpen door naar één enkele foto van een straat te kijken; je zou de verbindingen en de ware aard van de gebouwen kunnen missen.

Om een duidelijker beeld te krijgen, ontwikkelde een team van onderzoekers een nieuwe manier om deze structuren in drie dimensies te zien. In plaats van te vertrouwen op dunne plakken, werkten ze met hele stukken tumorweefsel van muizen. Eerst injecteerden ze een fluorescerende kleurstof in de aderen van de muizen. Deze kleurstof, gemaakt van tomaatlectine, werkt als een tracer die door elk open, functionerend bloedvat stroomt en de binnenkant van de buizen doet oplichten. Nadat de kleurstof was gecirculeerd, verwijderden de onderzoekers de tumoren en gebruikten ze een speciaal chemisch proces om het weefsel transparant te maken, een beetje zoals het veranderen van een blok glas in een helder venster. Vervolgens kleurden ze het weefsel met een marker die normale bloedvatcellen benadrukt. Ten slotte gebruikten ze een krachtige microscoop die duizenden afbeeldingen vanuit verschillende hoeken maakt om het volledige netwerk van vaten binnen de tumor in 3D te reconstrueren.

Toen ze deze nieuwe methode toepasten op diverse modellen van borst- en longkanker, waren de resultaten opmerkelijk. De oude methode, waarbij de twee kleurstoffen op platte plakken werden gebruikt, suggereerde dat veel vaten door de tumor waren gemaakt. De nieuwe 3D-imaging onthulde echter dat de meeste van die verdachte vaten eigenlijk geen bloed vervoerden. Sterker nog, de onderzoekers ontdekten dat de traditionele methode het aantal functionele, door de tumor gemaakte vaten aanzienlijk overschatte. In sommige gevallen waren minder dan twee procent van de structuren die er volgens de oude methode als tumorvaten uitzagen, daadwerkelijk in staat om bloed te vervoeren. De nieuwe techniek toonde aan dat hoewel functionele door de tumor gemaakte vaten wel degelijk bestaan, ze veel minder algemeen zijn dan voorheen werd aangenomen, en dat de oude methode vaak andere suikerachtige structuren voor bloedvaten aanzag.

De studie deed meer dan alleen de cijfers corrigeren; het leverde het eerste overtuigende visuele bewijs dat deze door de tumor gemaakte vaten inderdaad kunnen verbinden met de bloedtoevoer van de gastheer en bloed kunnen vervoeren. In verschillende modellen zagen de onderzoekers door de tumor gemaakte buizen die volledig leeg waren van normale bloedvatcellen, maar die wel gevuld waren met de fluorescerende tracer, wat bewees dat ze open en stromend waren. Ze observeerden zelfs "mozaïek"-vaten, waarbij normale bloedvatcellen en tumorcellen dezelfde buis deelden, en verbindingen waar een door de tumor gemaakt vat direct verbinding maakte met een normaal vat. Om absoluut zeker te zijn dat deze vaten werden bekleed door tumorcellen en niet door een ander type gastheercel, gebruikten ze een speciaal muismodel waarbij al de eigen cellen van de muis groen oplichtten. Ze vonden vaten die gevuld waren met de rode tracer maar geen groene gloed rondom hadden, wat bevestigde dat de tumorcellen zelf de enige cellen waren die die specifieke buizen bekleedden.

Dit werk vestigt een nieuwe, betrouwbaardere standaard voor het detecteren van deze gevaarlijke vaten. Door aan te tonen dat de oude methode foutgevoelig was, hebben de onderzoekers verduidelijkt waar we naar moeten zoeken om ze te vinden. De nieuwe 3D-pipeline stelt wetenschappers in staat om de volledige structuur van de bloedvoorziening van de tumor te zien, waarmee wordt bevestigd welke vaten echt en functioneel zijn. Deze helderheid is essentieel voor het ontwikkelen van nieuwe medicijnen. Als wetenschappers deze vaten niet nauwkeurig kunnen identificeren, kunnen ze geen behandelingen ontwerpen om ze te stoppen. Door een duidelijk kaart te bieden van hoe deze vaten ontstaan en functioneren, biedt dit onderzoek een solide fundament voor toekomstige therapieën gericht op het afsnijden van de door de tumor zelf gemaakte levenslijnen.