Invasieve borstkankers maken tunnels in het omliggende weefsel door te duwen

Het team van de Stanford University in Californië heeft de bevindingen gedaan bij borstkanker, maar ze kunnen mogelijk ook gelden voor prostaatkanker, leverkanker, huidkanker en veel andere kankers die ontstaan in het epitheel, het dunne laagje cellen dat de bekleding vormt van de buitenkant van veel organen. Het epitheel is omgeven door een net-achtige structuur die het basaal membraan genoemd wordt. Dat is een dun netwerk dat de epitheelcellen omringt, beschermt en scheidt van het omringende weefsel. 

Eerder onderzoek had aangetoond dat epitheel-kankers chemische kunstgrepen gebruiken om in nabijgelegen weefsel binnen te dringen. Ze doen dat door uitstulpingen te vormen, invadopodia genoemd, die chemische stoffen afscheiden die werken als een zuur, en door het basaal membraan branden. 

Het werk van het team heeft aangetoond dat invadopodia ook fysieke kracht kunnen gebruiken om door het basaal membraan te stoten, in plaats van te vertrouwen op de chemische stoffen, die proteasen genoemd worden, zei Katrina Wisdom in een persmededeling van Stanford University. Wisdom is een van de auteurs van de nieuwe studie en een doctoraatsstudente in het laboratorium van Olvijit Chaudhuri, de assistent-professor mechanische techniek die de studie aan de Stanford University geleid heeft.  

Volgens Chaudhuri heeft het onderzoek een tot nu toe onbekend mechanisme blootgelegd dat kankercellen gebruiken om door het basaal membraan te breken, wat de tumor toelaat invasief te worden.

Het team deed zijn ontdekking door borstkankercellen in te sluiten in een gelatine-achtige biogel die lijkt op het basaal membraan, weliswaar met één grote uitzondering. De biogel was namelijk niet vatbaar voor de protease-afscheidingen die de invadopodia gebruiken om zich een weg door het membraan te branden. Nadat ze op die manier de chemische actie uitgeschakeld hadden als ontsnappingsmechanisme, gebruikten de onderzoekers time-lapse microscopie om de kankercellen te volgen, en te zien of ze konden bewegen door de gel. Als dat het geval zou zijn, zouden de cellen over een ander ontsnappingsmechanisme moeten beschikken dan de chemische strategie. 

Het bleek dat de cellen zich wel degelijk een weg door de gel konden banen, en de time-lapse microscopie - waarbij met tussenpozen steeds dezelfde opname gemaakt werd - toonde hoe ze dat deden. De beelden toonden dat de kankercellen hun invadopodia als stijve armpjes gebruikten om kleine gaatjes in de biogel te maken (zie de video van de Stanford University School of Engineering).  

Steeds weer opnieuw vormden de kankercellen invadopodia en trokken ze dan weer in, tot het herhaalde fysieke gebeuk een opening had gemaakt die zo groot was dat de hele kankercel er door kon schuiven.

De experimenten konden een tot nog toe onbekend proces blootleggen, omdat de biogel een betere nabootsing is van menselijk weefsel, zo zei Chaudhuri in de persmededeling. De gel was gebaseerd op het opkomende idee dat menselijk weefsel, en vooral kankerachtig weefsel, ietwat pletbaar, plooibaar kan zijn, zoals de kneedklei Silly Putty, in de plaats van elastisch zoals een elastiekje. 

Als er kracht wordt uitgeoefend op pletbaar materiaal, laat dat een permanent effect na, terwijl elastische materialen opnieuw in hun oude vorm schieten als de kracht wordt opgeheven. In eerdere experimenten die uitgingen van de veronderstelling dat het weefsel elastisch was, kon het weefsel niet doorbroken worden enkel door een fysieke aanval. Maar in Chaudhuri's pletbare biogel, waren de invadopodia in staat om ontsnappingstunnels uit te hameren door middel van "grof geweld".

Chaudhuri zei dat de ontdekking van een fysieke rol voor de invadopodia, onafhankelijk van hun al bekende protease-afscheidingen, kan verklaren waarom medicijnen tegen kanker die protease-remmers genoemd worden, niet doeltreffend zijn gebleken. Nadat wetenschappers de chemische activiteit van de invadopodia ontdekt hadden, ontwikkelden kankeronderzoekers deze middelen, waarvan geweten was dat ze de activiteit van protease stillegden. Men hoopte zo de kankercellen te beletten door het basaal membraan te breken en invasief te worden, maar volgens Chaudhuri waren de klinische testen van die middelen teleurstellend.    

Aan de hand van de nieuwe bevindingen over een fysiek ontsnappingsmiddel, werkt Chaudhuri nu samen met onderzoekers van Stanford Medecins op strategieën om zowel de fysieke als de chemische ontsnappingsmechanismen te blokkeren. Ze hopen zo nieuwe manieren te vinden om kankers te beletten van invasief en dus erg gevaarlijk te worden. 

De studie van het team uit Stanford en collega's uit Massachusetts en New York is gepubliceerd in "Nature Communications".