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

Wanneer kanker zich vanuit de oorspronkelijke locatie naar de botten verspreidt, verbergt het zich vaak in een diepe, beschermende laag die het beenmerg wordt genoemd. Deze omgeving is niet alleen een passieve opslagplaats; het is een complexe buurt vol met levende cellen en een kleverig, structureel raamwerk dat bekend staat als de extracellulaire matrix. Denk aan dit raamwerk als de steigers die de buurt bij elkaar houden. Jarenlang hebben wetenschappers geweten dat kankercellen die zich in dit beenmerg verstoppen, in een staat van rust kunnen komen, of kunnen gaan slapen, waardoor ze onzichtbaar worden voor standaard chemotherapie. Hoewel onderzoekers hebben bestudeerd hoe kankercellen met hun buren communiceren, bleef de specifieke manier waarop deze cellen interageren met het kleverige raamwerk zelf een mysterie. Het begrijpen van deze interactie is cruciaal, omdat het kan verklaren waarom sommige patiënten jaren na de behandeling een terugval krijgen, waarbij slapende cellen ontwaken om nieuwe, gevaarlijke tumoren te veroorzaken.

Een team onderzoekers aan het University of Rochester Medical Center besloot dit puzzelstuk op te lossen door een nieuw, driedimensionaal model te bouwen dat de steigers van het beenmerg nabootst. In plaats van kankercellen op platte plastic schalen te kweken, wat niet weerspiegelt hoe ze zich in het menselijk lichaam gedragen, creëerden de wetenschappers een poreuze spons gemaakt van een natuurlijk materiaal dat in navelstrengen wordt gevonden. Ze verwijderden alle levende cellen uit dit materiaal, waardoor alleen de structurele eiwitten overbleven die het milieu van het beenmerg nabootsen. Vervolgens plaatsten ze twee veelvoorkomende typen prostaatkankercellen op deze spons om te zien hoe ze zouden reageren. Het doel was om te observeren of de fysieke omgeving alleen de kankercellen kon veranderen, waardoor ze resistent worden tegen medicijnen of veranderen in een gevaarlijkere, stamcel-achtige staat.

De resultaten lieten zien dat de omgeving van de spons een diepgaand effect had op de kankercellen. Toen de cellen binnen deze driedimensionale structuur groeiden, werden ze aanzienlijk moeilijker te doden met een standaard chemotherapeutisch middel genaamd Docetaxel. De cellen vertraagden ook hun groei en gingen in een rusttoestand, vergelijkbaar met de slaapfase die hen in staat stelt om de behandeling in het lichaam te overleven. De meest opmerkelijke ontdekking was echter dat deze omgeving niet alle kankercellen op dezelfde manier beïnvloedde. Eén type prostaatkankercel, bekend als DU145, begon zijn identiteit te veranderen. Nadat ze een week op de spons hadden doorgebracht, begon een kleine groep van deze cellen, ongeveer vijf procent van het totaal, kenmerken van kankerstamcellen te vertonen. Dit zijn de zeldzame cellen binnen een tumor die het unieke vermogen hebben om nieuwe groei te starten en therapie te weerstaan. Het andere type cel dat ze testten, PC-3, onderging deze transformatie niet, wat suggereert dat het vermogen om te veranderen afhangt van het specifieke type kankercel.

Om te bevestigen dat deze veranderde cellen inderdaad gevaarlijker waren, injecteerden de onderzoekers de kleine groep gewijzigde cellen in muizen. Ze ontdekten dat deze cellen nieuwe tumoren konden starten met veel minder aantallen dan de oorspronkelijke, ongewijzigde kankercellen. Terwijl de oorspronkelijke cellen een miljoen nodig hadden om een tumor te vormen, konden de gewijzigde cellen een tumor starten met slechts enkele duizenden. Bovendien vertoonden de nieuwe tumoren, bij onderzoek, tekenen van een agressievere verspreiding. De cellen hadden ook van vorm veranderd, ze werden meer langgerekt en flexibel, een fysieke verschuiving die kankercellen vaak helpt om door het lichaam te reizen. Dit suggereğert dat de steigers van het beenmerg meer doen dan alleen kankercellen een schuilplaats bieden; ze kunnen een klein deel van hen actief herprogrammeren tot een veerkrachtigere en gevaarlijkere vorm.

De studie benadrukt dat de fysieke structuur van het beenmerg een cruciale rol speelt in hoe prostaatkanker zich gedraagt. Door een model te creëren dat deze structuur nauwkeurig nabootst, waren de onderzoekers in staat om te zien hoe de omgeving zelf de kankercellen triggert. Ze observeerden dat de interactie tussen de cel en de steigers een rusttoestand en een verschuiving naar een stamcel-identiteit kan induceren, wat sleutelfactoren zijn voor behandelsresistentie. Hoewel de onderzoekers opmerkten dat ze nog steeds precies moeten identificeren welke delen van de steigers deze veranderingen veroorzaken, biedt hun werk een duidelijk pad voorwaarts. Het suggereert dat artsen, om te voorkomen dat kanker terugkeert, niet alleen de kankercellen moeten aanpakken, maar ook de specifieke omgeving die hen in staat stelt om zich te verbergen en te evolueren. Dit nieuwe model biedt een krachtig hulpmiddel om te testen hoe de verbinding tussen de kanker en haar beschermende thuis te verbreken, wat potentieel kan leiden tot betere manieren om metastatische ziekte te behandelen.