Syöpäsolut etenevät kudoksessa hyvin voimakkaasti ja nopeasti.
Tämä selvisi mittauksessa, jota varten Aalto-yliopiston ja Stanfordin yliopiston tutkijat kehittivät uuden menetelmän.
Kehitystyötä johtaneen Aallon tutkijan Juho Pokin mukaan syöpäsolujen liikkeitä on aiemmin mitattu pitkissä jaksoissa.
”Me osoitimme tutkimuksessa, että jo 15 minuutissa tapahtuu paljon. Nanomittakaavassa liikkeitä ja voimia rekisteröitiin jo muutamissa sekunneissa, mikä on hämmästyttävää”, Pokki sanoo.
”Nuo sekuntiskaalalla tapahtuvat voimasykäykset kumuloituvat ja siten tuottavat lopulta isompia muutoksia.”
Ryhmä osoitti menetelmän toimivan pahanlaatuisen rintasyöpäkasvaimen varhaisen leviämisen tutkimisessa.
Tulokset on julkaistu Nano Letters -tiedelehdessä.
Kaivavat käytäviä läpi ympäröivän kalvon
Rintasyöpä on alkuun solurypäs, jota ympäröi tiivis, tyvikalvoksi kutsuttu väliaine. Tyvikalvossa on huokosia, joiden halkaisija on vain kymmeniä nanometrejä.
Rintasyöpäsolut taas ovat satoja kertoja suurempia eli yli 10 mikrometrin kokoisia, joten niiden on hankala päästä reikien läpi. Aiemmin uskottiinkin, että solut sulattavat tyvikalvoa tiettyjen entsyymien avulla.
Solujen entsyymituotantoon vaikuttavat syöpälääkkeet toimivat kuitenkin heikosti. Tuolloin ymmärrettiin, että leviämiseen täytyy olla muitakin keinoja.
Stanfordin tutkijat selvittivät arvoituksen vuonna 2018: syöpäsolut hyödyntävät protruusio-nimistä ulokettaan, jolla ne kaivavat kalvoon käytäviä. Niitä pitkin solut etenevät ympäröivään, kollageenia sisältävään kudokseen ja edelleen verisuoniin, joiden avulla ne leviävät muualle elimistöön.
”Myös verisuonia suojaa tyvikalvo, ja todennäköisesti samankaltainen mekanismi toimii myös sen muodostaman esteen läpäisemisessä”, Pokki sanoo.
Nanokokoisia koetinpalloja 3d-materiaalissa
Aallon ja Stanfordin tutkijat kasvattivat syöpäsoluja tyvikalvoa mallintavassa 3d-materiaalissa. Kolmiulotteisissa viljelmissä solujen käyttäytyminen muistuttaa niiden toimintaa elimistössä, mikä parantaa tutkimusten tarkkuutta.
Aiemmin ei ole kuitenkaan ollut 3d-materiaaleille sopivaa menetelmää, jolla voitaisiin tarkasti mitata syöpäsolun leviämiseen käyttämiä voimia.
Tyvikalvoa mallintava 3d-materiaali sisälsi nanokokoisia, bioyhteensopivia koetinpalloja, joita tutkijat seurasivat biologisella mikroskoopilla.
Biologisella mikroskoopilla seurataan koetinpalloja mekaniikka- ja liikemittauksin, joiden avulla lasketaan soluvoimat kudosmateriaalissa. Kuva havainnollistaa, miten syöpäsolu tuottaa voimia sykäyksittäin ja voimat kumuloituvat. Kuva: Juho Pokin tutkimusryhmä
Materiaaliin kohdistuvia voimia tutkijat mittasivat pienempien, 500 nanometrin kokoisten pallojen liikkeen avulla.
Rintasyöpäsolujen lähellä olevat suuremmat, 10 mikrometrin kokoiset pallot taas mittasivat liikkeisiin vaikuttavia mekaanisia ominaisuuksia.
Juho Pokin mukaan menetelmä antaa uutta laskennallista tietoa 3d-soluviljelmistä ja auttaa tekemään niistä toistettavampia. Menetelmä voi edistää myös syöpälääkkeiden kehitystä.
(Pääkuva Juho Pokin tutkimusryhmä) Havainnekuvassa mikroskooppinäkymä 3d-syöpäsoluviljelmästä, jossa punaiseksi värjätyt soluvoimat liikuttavat kudosmateriaalia poispäin. Uusi mittaustekniikka käyttää tätä liiketietoa laskiessaan soluvoimia.
