Neues Algengel bieten eine realistische Plattform für die Brustkrebsforschung

Im Jahr 2020, als Jane Baude ihren Doktortitel anfing. Nach Forschung bei UC Santa Barbara erfuhr sie, dass ein kritischer Bestandteil ihres Experiments – das Gel, das zum Wachsen und Tests Brust -Epithelzellen erforderlich war – aufgrund von pandemischen Produktionsproblemen für fast ein Jahr nicht verfügbar wäre. Sie und ihr Berater, Professor Ryan Stowers, beschlossen, sich zu drehen: Baude würde ihr eigenes Gel für die Untersuchung von Zellen entwickeln.

Jetzt haben Bude, Stowers und ihre Kollegen ein Algengel im Labor als Plattform zur Untersuchung von Brust-Epithel-Zellen erstellt, die Milchproduzierungskanäle und Drüsen in gesundem Brustgewebe bilden und sich in Krebszellen verwandeln können.

Wir haben nicht nur etwas geschaffen, das kommerziell hergestellte Gele nachahmen kann, sondern wir konnten auch das nutzen, was wir zu unserem Vorteil haben, um mehr über die Zellen und das Material zu erfahren. „

Jane Baude, Doktorandin der Universität von Kalifornien – Santa Barbara

In der im Journal veröffentlichten Forschung Wissenschaft FortschritteDas Team zeigt, dass sein Gel die Entwicklung eines normalen Brustdrüsengewebes erfolgreich unterstützt und so modifiziert werden kann, wie Zellen wachsen. Durch die Anpassung der mechanischen und biochemischen Eigenschaften des Gels können Forscher mehr darüber erfahren, wie Zellen im Körper durch ihre physikalische Umgebung geformt werden.

Wenn Sie die Beziehung zwischen Zellen und ihrer physischen Umgebung betrachten, können neue Einblicke in die Entwicklung von Krebs geliefert werden. In der Vergangenheit hat sich die Krebsforschung darauf konzentriert, wie Mutationen eine Kaskade von Signalen initiieren, die das Tumorwachstum vorantreiben, erklärte Stowers.

„Die Umgebung, in der die Zelle wächst, ist genauso wichtig wie ihre Genetik“, sagte er. „Sie können die gleichen Zellen in verschiedene Umgebungen einfügen und sie könnten sich wie normale Zellen verhalten, oder sie könnten sich wie invasive maligne Zellen verhalten, indem sie nur den Kontext ändern, in dem sie wachsen.“

Ihre neue Gelumgebung kann ein neues Verständnis dafür vermitteln, wie die „Nachbarschaften“, in denen Zellen im Körper leben, Zellen nach Entwicklungswege schicken, die zu Krebs führen, sagte Stowers, der gemeinsame Termine in den Abteilungen für Maschinenbau und Bioengineering hat.

„Kellermembranen“ direkte Epithelzellen

In Ihrem Körper wird die Nachbarschaft, in der Epithelzellen leben, als Kellermembran bezeichnet. „Alle Epithelzellen in Ihrem Körper sind von diesem sehr dünnen Proteinennetz umgeben, das die Zellen an Ort und Stelle verankert, und spielt gleichzeitig eine wichtige Rolle bei der Zellsignale“, sagte Stowers.

Infolgedessen benötigen Forscher, die Epithelzellen im Labor untersuchen, eine äquivalente Basalmembran, um zu verstehen, wie diese Zellen in ihrer Umgebung wirken. Die am meisten kommerziell hergestellten rekonstituierten Produkte im Kasement-Membran, die zur Untersuchung von Brustkrebs und Brustgewebe hergestellt wurden, werden aus Maus-Tumoren extrahiert.

Während traditionelle Gele weit verbreitet sind, „weiß jeder, dass sie nicht perfekt sind“, sagte Stowers, der früher mit Algenbüchern gearbeitet hat.

Als er und Baude anfingen zu arbeiten, erinnerte er sich: „Wir dachten, warum wir nicht versuchen, einige dieser Einschränkungen zu überwinden? Wenn wir uns die Anstrengung, ein neues Gel zu entwerfen, durchlaufen, können wir versuchen, von vorne zu beginnen und etwas Abstimmbarkeit und Modularität in das synthetische System zu entwickeln, das wir uns entwickeln wollen.“

Steife Kellermembranen, die mit Tumoren verbunden sind

Zellen reagieren auf die physikalischen Eigenschaften dessen, was sie umgibt, sei es im Labor oder im Körper. Wenn man in der Lage ist, die Eigenschaften einer Membran im Labor anzupassen, hilft Forschern, zu sehen, wie Zellen auf verschiedene Umgebungen reagieren. „Zellen sind besonders mechanosensitiv, sodass sie beispielsweise den Unterschied zwischen einem weichen Gel und einem harten Gel spüren können“, sagte Stowers, der seine Forschungen darüber konzentriert, wie Zellen mit den mechanischen Eigenschaften ihrer Umgebung interagieren.

Diese Interaktionen können eine Rolle bei Krebs spielen. Neuere Forschungen haben steifere Umgebungen mit der Tumorentwicklung in Verbindung gebracht. „Oft, wenn Menschen einen steifen Klumpen verspüren, lassen sie ihn intuitiv ausgechern und wissen, dass diese harte Masse, dieser steife Klumpen, möglicherweise schlecht ist“, erklärte Stowers. „Die Brustdrüse ist eines der weicheren Gewebe im Körper, aber ein bösartiger Tumor nimmt im Verlauf der Krankheit tatsächlich zu.“

Neues Gel fügt Präzision, Flexibilität hinzu

Um die synthetische Kellermembran zu entwickeln, verwendete Baude ein zuvor untersuchtes Algenbasis-Gel und getestete Kombinationen von kurzen Peptidsequenzen, bis es den Funktionen von Matrigel, einem kommerziell erhältlichen Gel für die Untersuchung von Brustzellen, übereinstimmte. Sie und ihre Kollegen variierten auch die Vernetzung und Länge der Polymerketten im Gel, um seine Steifheit zu verändern und wie schnell sie auf angewandte Kraft reagiert.

„Wir haben eine Kombination aus mechanischen und biochemischen Hinweisen gefunden, die gut funktionieren“, sagte sie. „Einige der Veränderungen, die wir im Gel vornehmen konnten, helfen uns dabei,, wie unterschiedliche Arten von Matrizen zur Zellentwicklung beitragen.“ Zusätzliche Modifikationen ermöglichten es den Forschern auch, eine Matrix nachzuahmen, die Zellen häufiger krebsartig werden.

Unter den richtigen Bedingungen konnten Zellen, die in den Gelen platziert sind, ihre eigenen Kellermembranen herstellen, sagte Stowers.

Stowers und seine Kollegen sind daran interessiert, das Ausmaß zu untersuchen, in dem sie die Anfangsbedingungen des Gels steuern können, um die Zellentwicklung zu formen, einschließlich der Möglichkeit, das Gel zu verwenden, um komplexe Gewebe und Organe aus Patientenzellen anzubauen.

„Wir sind zuversichtlich“, sagte er, „dass wir durch Anwendung eines technischen Ansatzes für die Entwicklungsbiologie Einblicke in die Leitung der Bildung komplexer, funktionaler Gewebe aufdecken können.“

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