Een interdisciplinair team van onderzoekers van het Indian Institute of Science (IISc) heeft een 3D-tumormodel en magnetisch aangedreven nanomotoren gebruikt om de micro-omgeving van kankercellen te onderzoeken. Het team bestaat uit onderzoekers van het Centre for Nano Science and Engineering (CeNSE) en het Department of Molecular Reproduction, Ontwikkeling en Genetica (MRDG).

In hun werk, gepubliceerd in Angewandte Chemie , het team stuurde spiraalvormige nanomotoren op afstand via een extern magnetisch veld door het tumormodel om te detecteren, veranderingen in de cellulaire omgeving in kaart brengen en kwantificeren. Het model omvat zowel gezonde als kankercellen ingebed in een gereconstitueerde basaalmembraanmatrix, en bootst de omgeving van borstkanker na.

De studie belicht een nieuwe manier om kankercellen te targeten door nanomotoren in een tumor te manoeuvreren en te wachten tot ze zich in de buurt van de kankerachtige locatie bevinden. "We hebben geprobeerd de nanomotoren naar kankercellen te sturen in een tumormodel en zagen dat ze vast kwamen te zitten aan de matrix in de buurt van kankercellen, maar dit werd niet waargenomen in de buurt van normale cellen, " zegt Debayan Dasgupta, een co-eerste auteur en Ph.D. student aan CeNSE.

De extracellulaire matrix (ECM) is een complex 3D-netwerk van eiwitten en koolhydraten die door levende cellen in hun omgeving worden uitgescheiden. Echter, wanneer kankercellen vers materiaal afscheiden in de ECM, het verstoort de chemische en fysische samenstelling van de natieve ECM die gezonde cellen omgeeft, verslechtering van de lokale omgeving. Daarom, inzicht in hoe de cellulaire micro-omgeving wordt veranderd door kankercellen en het kwantitatief meten van deze veranderingen kan van vitaal belang zijn om de progressie van kanker te begrijpen.

In de huidige studie, ontdekten de onderzoekers dat toen de nanomotoren het kankercelmembraan naderden, ze plakten sterker aan de matrix dan aan normale cellen. Om te meten hoe sterk de nanomotoren aan de matrix bonden, het team berekende de magnetische veldsterkte die nodig is om de houdkracht te overwinnen, en vooruit.

"Dit betekent dat de kankercellen iets doen. Dus, we deden wat metingen en ontdekten dat het [de houdkracht] afhing van het type cellen, de sterkte van interactie en ook welke kant van de cel de nanomotor naderde, " legt Ambarish Ghosh uit, Associate Professor bij CeNSE en een van de senior auteurs. "Uiteindelijk, uiteindelijk ontdekten we echt een fysieke eigenschap van een belangrijke biologische omgeving."

De reden waarom de nanomotoren beter aan de kankercellen lijken te hechten, is hun geladen ECM. Dit kan te wijten zijn aan de aanwezigheid van 2, 3-gekoppeld siaalzuur, een aan suiker geconjugeerd molecuul dat een negatieve lading geeft aan de kankercelomgeving, vonden de onderzoekers. Ze visualiseerden de verdeling van deze suikers met behulp van fluorescerende markers en ontdekten dat siaalzuren werden verdeeld tot 40 micrometer van het kankerceloppervlak - dezelfde afstand tot waar de nanomotoren een sterke hechting ondervonden.

Om dit kleefeffect tegen te gaan, het team bekleedde de nanomotoren met perfluoroctyltriethoxysilaan (PFO) dat hen afschermde van de geladen omgeving. De gecoate nanomotoren plakten niet aan de matrix in de buurt van de kankercellen, terwijl de onbeklede motoren zich aan de matrix vastklampten, bevestigt het feit dat de negatief geladen micro-omgeving van kanker interageert met de binnenkomende nanomotoren, waardoor ze onbeweeglijk worden.

"Wat een mooie verrassing was, was dat in zo'n milieu, we ontdekten dat agressieve kankercellen hun omgeving uiteindelijk hermodelleerden door ze plakkeriger te maken, en rijker aan specifieke geladen suikers, " zegt Ramray Bhat, Universitair docent bij MRDG en een van de senior auteurs. "Dit opladen kan mogelijk worden gebruikt om kleine populaties kankercellen te doden en te doden die verborgen zijn tussen hun normale tegenhangers, waarvoor we deze studies uitbreiden naar levende dieren."