به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، محققان به‌تازگی ژلی مبتنی بر جلبک را در آزمایشگاه به عنوان بستری برای مطالعه سلول‌های اپیتلیال پستان ایجاد کرده‌اند که مجاری و غدد تولید شیر را در بافت سالم پستان تشکیل می‌دهند و می‌توانند به سلول‌های سرطانی تبدیل شوند. این تیم تحقیقاتی نشان داد که ژل آنها با موفقیت از رشد بافت طبیعی غدد پستانی پشتیبانی می‌کند و می‌تواند برای هدایت نحوه رشد سلول‌ها اصلاح شود. با تنظیم خواص مکانیکی و بیوشیمیایی ژل، محققان می‌توانند اطلاعات بیشتری در مورد چگونگی شکل‌گیری سلول‌های بدن توسط محیط فیزیکی‌شان کسب کنند. بررسی رابطه بین سلول‌ها و محیط فیزیکی آنها ممکن است بینش‌های جدیدی در مورد چگونگی ایجاد سرطان ارائه دهد. شما می‌توانید سلول‌های یکسان را در محیط‌های مختلف قرار دهید و آنها ممکن است مانند سلول‌های طبیعی رفتار کنند، یا ممکن است مانند سلول‌های بدخیم تهاجمی رفتار کنند، فقط با تغییر زمینه‌ای که در آن رشد می‌کنند.

پروتئین‌های غشای پایه ECM

ریزمحیط سه‌بعدی (3D) اطراف اپیتلیوم پستان، عمیقاً بر مورفوژنز طبیعی این سلول‌ها و پیشرفت تومورهای پستان تأثیر می‌گذارد. در طول رشد و تا بزرگسالی، اپیتلیوم پستان دستخوش تغییرات مورفوژنتیکی مداوم و پویا می‌شود که اغلب با بازسازی قابل توجه ماتریکس خارج سلولی (ECM) همراه است. تغییرات در ترکیب و خواص مکانیکی ECM نقش مهمی در تعدیل این فرآیندهای مورفوژنتیکی، از جمله گذار اپیتلیال به مزانشیمی، ایفا می‌کند و محرک‌های کلیدی پیشرفت تومور هستند. با این حال، به دلیل پیچیدگی ECM و اجزای پویا و تعاملی آن، درک کامل تعامل بین رفتار ECM و برنامه‌های مورفوژنتیکی نیاز به توسعه یک پلتفرم آزمایشگاهی (in vitro) قابل کنترل و تنظیم دارد. در داخل بدن، پروتئین‌های غشای پایه ECM مستقیماً با سلول‌های اپیتلیوم پستان (MECs) تماس می‌گیرند و فنوتیپ و قطبش آنها را کنترل می‌کنند. بیشتر مدل‌های آزمایشگاهی مورفوژنز پستان برای شبیه‌سازی غشای پایه اپیتلیال به عصاره غشای پایه بازسازی‌شده (rBM) (یعنی Matrigel، Cultrex و Geltrex) متکی هستند. محققان ابتدا استفاده از کشت سه‌بعدی rBM را برای MECها در مطالعاتی که بر نقش مهم rBM در تسهیل مورفوژنز پستان در شرایط آزمایشگاهی تأکید داشتند، پایه‌گذاری کردند. در نتیجه، rBM به سنگ بنایی برای بررسی مکانوبیولوژی سرطان پستان تبدیل شده است، و مطالعات برجسته نشان می‌دهند که چگونه خواص مکانیکی ECM می‌تواند پیشرفت تومور را هدایت کند. ریزمحیط تومور به طور قابل توجهی سفت‌تر از بافت سالم است و مطالعات نشان داده‌اند که سفتی ماتریکس یک ویژگی مکانیکی کلیدی است که رفتار تومورزایی سلول‌های اپیتلیال پستان را در سیستم‌های rBM افزایش می‌دهد. مطالعات سه‌بعدی آزمایشگاهی (in vitro) نشان داده‌اند که سفتی کیلوپاسکال باعث ایجاد فنوتیپ‌های بدخیم در MECها می‌شود، در حالی که بسترهای نرم (<200 Pa) از فنوتیپ غیربدخیم آسینار پستانی پشتیبانی می‌کنند. در حالی که مقالات به طور گسترده اثرات سفتی ماتریس را در داخل بدن (in vivo) و در شرایط آزمایشگاهی (in vitro) مستند می‌کنند، ویسکوالاستیسیته در زمینه اپیتلیوم پستان کمتر مورد توجه قرار گرفته است، اگرچه مطالعات اخیر نشان می‌دهند که ویسکوالاستیسیته می‌تواند بر فنوتیپ‌های سلول‌های اپیتلیال پستانی و سرطان پستان تأثیر بگذارد. اگرچه rBM ذاتاً ویسکوالاستیک است، اما این حوزه اخیراً شروع به بررسی این خواص در سیستم‌های کشت سه‌بعدی کرده است. علیرغم کاربرد گسترده، محصولات rBM از محدودیت‌های متعددی رنج می‌برند، از جمله تغییرپذیری دسته‌ای به دسته دیگر، عدم قابلیت تنظیم مکانیکی و بیوشیمیایی، وجود فاکتورهای رشد و مولکول‌های سیگنالینگ نامشخص، آلاینده‌های بیگانه‌زا و اخیراً، کمبودهای عرضه مرتبط با همه‌گیری. این محدودیت‌ها منجر به توسعه ماتریس‌های مهندسی‌شده‌ای شده است که ویژگی‌های کلیدی rBM را تقلید می‌کنند. هیدروژل‌ها، به‌ویژه آنهایی که از مواد زیست‌خنثی مشتق شده‌اند، یک پلتفرم همه‌کاره ارائه می‌دهند. در حالی که سیستم‌های مهندسی‌شده بدون rBM در سایر مدل‌های ارگانوئیدی، مانند مدل‌های روده‌ای و نورواپیتلیال، نویدبخش بوده‌اند، شبیه‌سازی کامل مورفوژنز پستان بدون rBM همچنان یک چالش اساسی است. رمزگشایی مکانیسم‌هایی که از طریق آنها نشانه‌های بیوشیمیایی و مکانیکی، چه به طور مستقل و چه به طور هماهنگ، می‌توانند بر رفتار سلول‌های اپیتلیال پستان تأثیر بگذارند، برای دستیابی به این هدف بسیار مهم است. این امر بر یک نیاز حیاتی دوگانه تأکید می‌کند: اول، توسعه یک سیستم بدون rBM که به طور مؤثر از مورفوژنز پستان پشتیبانی کند و دوم، اطمینان از تعریف و تنظیم‌پذیری سیستم، که امکان بررسی سیستماتیک تعامل بین نشانه‌های مکانیکی و بیوشیمیایی را فراهم می‌کند.

غشاهای پایه سلول‌های اپیتلیال مستقیم

تمام سلول‌های اپیتلیال بدن توسط این شبکه بسیار نازک از پروتئین‌ها احاطه شده‌اند که سلول‌ها را در جای خود نگه می‌دارند و ضمن ایفای نقش مهم در سیگنالینگ سلولی، پشتیبانی را نیز فراهم می‌کنند. در نتیجه، محققانی که سلول‌های اپیتلیال را در آزمایشگاه مطالعه می‌کنند، برای درک نحوه عملکرد این سلول‌ها در محیط خود به یک غشای پایه معادل نیاز دارند. اکثر محصولات غشای پایه بازسازی‌شده تجاری که برای مطالعه سرطان سینه و بافت سینه ساخته شده‌اند، از تومورهای موش استخراج می‌شوند.

غشاهای پایه سفت مرتبط با تومورها

سلول‌ها به خواص فیزیکی آنچه آنها را احاطه کرده است، چه در آزمایشگاه و چه در بدن، واکنش نشان می‌دهند. توانایی تنظیم خواص یک غشا در آزمایشگاه، به محققان کمک می‌کند تا ببینند که سلول‌ها چگونه به محیط‌های مختلف واکنش نشان می‌دهند. سلول‌ها به طور خاص حساس به مکان هستند، بنابراین می‌توانند تفاوت بین یک ژل نرم و یک ژل سخت را به عنوان مثال احساس کنند. این تعاملات می‌توانند در سرطان نقش داشته باشند. تحقیقات اخیر، محیط‌های سفت‌تر اطراف را با رشد تومور مرتبط دانسته است. اغلب اوقات، وقتی افراد یک توده سفت را احساس می‌کنند، آن را بررسی می‌کنند، زیرا به طور شهودی می‌دانند که این توده سفت، این توده سفت، به طور بالقوه بد است. غده پستانی یکی از بافت‌های نرم‌تر بدن است، اما یک تومور بدخیم در واقع با پیشرفت بیماری سفت‌تر می‌شود.

ژل جدید دقت و انعطاف‌پذیری را افزایش می‌دهد

برای توسعه غشای پایه مصنوعی، محققان از یک ژل مبتنی بر جلبک که قبلاً مورد مطالعه قرار گرفته بود استفاده کردند و ترکیبی از توالی‌های پپتیدی کوتاه را آزمایش کرد تا با قابلیت‌های ماتریژل، یک ژل تجاری موجود برای مطالعه سلول‌های پستان، مطابقت داشته باشد. محققان همچنین اتصالات عرضی و طول زنجیره‌های پلیمری در ژل را تغییر دادند تا سفتی آن و سرعت پاسخ آن به نیروی اعمال شده را تغییر دهند. سرپرست ایم تیم تحقیقاتی افزود: ما ترکیبی از نشانه‌های مکانیکی و بیوشیمیایی را یافتیم که به خوبی کار می‌کنند. برخی از تغییراتی که توانستیم در ژل ایجاد کنیم به ما کمک می‌کند تا نحوه مشارکت انواع مختلف ماتریس‌ها در رشد سلول را تشخیص دهیم. اصلاحات اضافی همچنین به محققان اجازه داد تا ماتریسی را تقلید کنند که احتمال سرطانی شدن سلول‌ها را افزایش می‌دهد. در شرایط مناسب، سلول‌های قرار داده شده در ژل‌ها توانستند غشای پایه خود را بسازند. اما وقتی نشانه‌های اشتباه را ارائه دادند، آنها شروع به ساختن پروتئین‌های دیگر می‌کنند و به روش صحیح رشد نمی‌کنند. محققان همچنین علاقه‌مند به بررسی میزان کنترل شرایط اولیه ژل برای شکل‌دهی به رشد سلول هستند، از جمله امکان استفاده از ژل برای رشد بافت‌ها و اندام‌های پیچیده از سلول‌های بیمار. محققان امیدوارند که با اعمال یک رویکرد مهندسی به زیست‌شناسی رشدی، بتوانند بینش‌هایی در مورد چگونگی هدایت تشکیل بافت‌های مهندسی‌شده پیچیده و کاربردی کشف کنند.

پایان مطلب./