Cellule tumorali sono noti per essere agenti dormienti volubili, che spesso giacciono dormienti in tessuti distanti per anni prima di riattivarsi e formare metastasi.
Sono stati studiati numerosi fattori per capire perché si verifica l’attivazione, dalle cellule e molecole ad altri componenti nel cosiddetto microambiente tissutale.
Questa immagine mostra un’impalcatura ossea seminata con cellule tumorali. Credito immagine: Cornell University
Ora, un team interdisciplinare di Cornell ha identificato un nuovo meccanismo che regola la crescita del tumore nello scheletro, il sito principale delle metastasi del cancro al seno: la mineralizzazione della matrice ossea, una rete fibrosa di componenti organici e inorganici che determina le proprietà biochimiche e biomeccaniche uniche del nostro scheletro.
Il giornale della squadra, “La mineralizzazione della matrice ossea smorza la segnalazione meccano-mediata dall’integrina e la progressione metastatica nel cancro al seno”, pubblicato il 7 agosto su Nature Biomedical Engineering. Gli autori principali sono il ricercatore associato Siyoung Choi e il dottorando Matthew Whitman.
Il progetto è l’ultima collaborazione tra autori co-senior Claudia FischbachStanley Bryer 1946 Professore di Ingegneria Biomedica, e Lara Estoffil professore di chimica industriale Herbert Fisk Johnson, entrambi alla Cornell Engineering, che insieme hanno esplorato la diffusione metastatica del cancro al seno alle ossa per più di un decennio.
Il laboratorio di Fischbach utilizza biomateriali in combinazione con approcci di ingegneria cellulare e tissutale per capire come il microambiente tissutale regola il cancro in diversi contesti, mentre il gruppo di Estroff è specializzato nella biomineralizzazione, il modo in cui gli organismi biologici controllano la crescita dei cristalli nei loro tessuti.
“Sappiamo che le cellule tumorali si comportano come semi che hanno bisogno del terreno giusto per crescere, e siamo molto interessati a come la matrice extracellulare, che è fondamentalmente il materiale tra le cellule che tiene tutto insieme, influenza la crescita del tumore”, ha detto Fischbach.
Durante la mineralizzazione fisiologica, le particelle minerali ossee si depositano dentro e intorno alle fibre di collagene di tipo I. Questo processo avviene naturalmente ed è necessario per la salute delle ossa, ma diminuisce con l’età, ad esempio a causa dei cambiamenti ormonali osservati nelle donne in menopausa. Può anche derivare da cambiamenti nella dieta o dalla chemioterapia.
Una connessione tra la ridotta salute delle ossa e il comportamento delle cellule tumorali è ben consolidata. Ad esempio, la diminuzione della densità minerale ossea è stata correlata con un aumento del rischio di metastasi e la guarigione incompleta della frattura ha dimostrato di migliorare la metastasi ossea.
Tuttavia, nessuno era stato in grado di isolare quale ruolo specifico gioca la mineralizzazione della matrice ossea in questo processo.
“Non è possibile studiare alcune di queste connessioni a meno che non si disponga di sistemi modello in cui è possibile controllare le proprietà della matrice ossea in un modo definito”, ha affermato Fischbach.
I ricercatori sono stati in grado di creare tali sistemi combinando componenti della matrice organica e inorganica, tra cui il collagene e l’idrossiapatite minerale ossea, in un modo che imitava la mineralizzazione fisiologica e patologica.
Estroff ha guidato la sintesi dei materiali necessari e le tecniche di caratterizzazione dei diversi modelli di matrice ossea, che il team ha poi utilizzato per studiare il comportamento delle cellule tumorali, prima in vitro e poi in vivo attraverso modelli murini.
La presenza di minerale osseo ha ridotto la crescita delle cellule tumorali in entrambi i contesti. La presenza di minerali ha anche indotto le cellule tumorali a promuovere geni associati a una migliore prognosi del paziente. Questi risultati suggeriscono che una matrice ossea sana può ridurre il rischio di metastasi scheletriche del cancro al seno.
Coautori Matteo Paszekprofessore associato presso la Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering, e Oliver Elementodirettore dell’Englander Institute for Precision Medicine e professore di fisiologia e biofisica e di genomica computazionale nella biomedicina computazionale presso Weill Cornell Medicine, ha contribuito a chiarire come la matrice ossea regola la segnalazione meccano cellulare e a collegare i potenziali meccanismi molecolari ai dati dei pazienti.
“Questo studio mostra sostanzialmente per la prima volta che le interazioni fisiologiche tra particelle minerali e collagene possono essere in grado di inibire l’attivazione delle cellule tumorali che si sono diffuse alle ossa”, ha detto Fischbach.
“Ora siamo ampiamente interessati a come altri tipi di cellule sono influenzati dalla varia mineralizzazione della matrice ossea. E in che modo i cambiamenti del loro comportamento dipendenti dai minerali regolano le cellule tumorali?
Fonte: Università Cornell
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