Vedci z lekárskej fakulty Stanfordskej univerzity po prvý raz úspešne transformovali normálne ľudské tkanivo na trojrozmernú rakovinu v miske pre tkanivové kultúry. Sledovanie toho, ako sa bunky správajú pri delení a napádaní okolitého tkaniva, pomôže lekárom lepšie pochopiť, ako ľudské rakoviny pôsobia v tele. Nová technika tiež poskytuje spôsob, ako rýchlo a lacno testovať protirakovinové lieky bez potreby laboratórnych zvierat.
"Štúdie tohto typu, ktoré predtým na zvieracích modeloch trvali mesiace, sa teraz môžu uskutočňovať v časovom rozmedzí dní," povedal Paul Khavari, MD, PhD, profesor Carl J. Herzog a predseda dermatológie v Stanforde. Vedci sa zamerali na epitelové bunky, ktoré vystielajú povrchy a dutiny tela. Rakoviny epitelových buniek tvoria približne 90 percent všetkých druhov rakoviny u ľudí.
Štúdium trojrozmerných nádorov sa tiež vyhýba používaniu rakovinových bunkových línií, ktoré sa zvyčajne pestujú v jednotlivých vrstvách a môžu mať nahromadené genetické zmeny, ktoré presne neodrážajú to, čo sa deje u ľudí.
Khavari, ktorý je tiež členom Stanford Cancer Center a slúži ako vedúci dermatologickej služby v systéme zdravotnej starostlivosti pre záležitosti veteránov Palo Alto, je hlavným autorom výskumu, ktorý bude zverejnený online 21. novembra v Nature Medicine. Todd Ridky, MD, PhD, bývalý postdoktorand v Khavariho laboratóriu, je prvým autorom. Ridky je teraz odborným asistentom na University of Pennsylvania.
Výskumníci pracovali s normálnymi ľudskými epitelovými bunkami získanými z chirurgických vzoriek z kože, krčka maternice, pažeráka a hrdla. Na rozdiel od rakovinových bunkových línií, z ktorých niektoré sa už roky pestujú v laboratóriách po celom svete, boli tieto primárne bunky kultivované minimálne.
Aby sa tieto normálne bunky stali rakovinovými, výskumníci použili vírusy na vyladenie iba dvoch genetických dráh, o ktorých je známe, že sa podieľajú na nekontrolovanom raste. Jeden poháňa bunky dopredu v bunkovom cykle, zatiaľ čo druhý deaktivuje interný kontrolný bod, ktorý normálne blokuje abnormálnu proliferáciu. Mnoho prirodzene sa vyskytujúcich ľudských rakovín vykazuje identické genetické zmeny a vedci zistili, že súčasná zmena týchto dvoch dráh je vysoko účinná pri transformácii normálnych buniek.
Khavari a Ridky potom pridali zmenené predrakovinové epiteliálne bunky do misky na tkanivové kultúry obsahujúcej ďalšie zložky ľudskej kože. Epitelové bunky normálne sedia na tenkej prepážke nazývanej bazálna membrána, ktorá ich oddeľuje od spodnej vrstvy kože nazývanej stróma. Zistili, že najskôr sa bunky usadili na bazálnej membráne a vytvorili niečo, čo vyzeralo ako normálny, trojrozmerný prierez kože. Ale asi do šiestich dní sa bunky začali správať zlovestnejšie - prerazili membránu a napadli stromálne tkanivo pod ňou.
"Toto odráža to, čo vidíme, že sa deje pri spontánnych ľudských nádoroch," povedal Khavari. "Bunky prechádzajú z premalígneho stavu k invazívnym rakovinám, často v priebehu rokov. Len v tomto intaktnom modeli ľudského tkaniva sa to vyskytuje oveľa rýchlejšie." Naproti tomu nezmenené bunky zostali poslušne na svojej strane bazálnej membrány.
Keď vedci skúmali vzory génovej expresie v novorakovinových bunkách, zistili, že tieto vzorce sa tesne zhodujú s genetickými profilmi spontánne sa vyskytujúcich ľudských rakovín. Ale keď boli bunky pestované v jednej vrstve, bez bazálnej membrány, strómy a normálnej trojrozmernej tkanivovej štruktúry, ich profily génovej expresie boli výrazne odlišné.
"To nám hovorí, že závery získané zo štúdia buniek pestovaných v dvojrozmernej kultúre musia byť korelované s inými zisteniami, aby sa zabezpečila klinická relevantnosť, " povedal Khavari.
Výskumníci využili svoj nový model „tumor-in-a-dish“na testovanie 20 nových experimentálnych protirakovinových liekov. Mnohé z týchto liekov nemožno ľahko testovať na zvieratách, pretože sa ťažko podávajú a v súčasnej forme môžu byť toxické. Ale Khavari a Ridky boli schopní rýchlo nájsť troch sľubných kandidátov, ktorí zastavili inváziu zmenených epitelových buniek cez membránu. Zatiaľ čo lieky budú musieť byť stále optimalizované na testovanie na zvieratách, tento typ predbežného skríningu umožňuje výskumníkom zúžiť možnosti.
Trojrozmerný kultivačný systém tiež naznačil, že samotné stromálne bunky nejakým spôsobom podporujú inváziu zmenených epiteliálnych buniek a že bunky sa nemusia divoko deliť, aby boli schopné invázie.
"Tieto veci neboli nikdy predtým priamo testované v ľudskom tkanive," povedal Khavari, ktorý poukázal na to, že nový model stále nezahŕňa mnoho ďalších biologických hráčov, ako je imunitný systém a aktívny metabolizmus. A predsa "teraz, keď dokážeme vytvoriť ľudské nádory z viacerých rôznych ľudských tkanív, máme nový spôsob, ako posúdiť, čo sa môže diať v spontánnych ľudských nádoroch."
