Rola sił mechanicznych generowanych przez macierz zewnątrzkomórkową w rozwoju raka prostaty

Abstract

Komórki cechuje zdolność do percepcji i reakcji na sygnały mechaniczne docierające z ich otoczenia. W żywym organizmie komórki są elementami tkanek, których sztywność może wynosić zaledwie ~ 100 Pa dla mózgu, ale aż ~ 100 000 Pa dla miękkiej chrząstki. Mechanoczułość, rozumiana jako zdolność do przekształcenia bodźca fizycznego na sygnał biochemiczny, odgrywa kluczową rolę w procesie rozpłaszczania się komórek, podziale komórkowym oraz migracji. Liczne próby eksperymentalnego zbadania oddziaływań mechanicznych występujących miedzy komórką, a jej natywnym otoczeniem doprowadziły do opracowania protokołów syntezy podłoży hydrożelowych o własnościach lepkosprężystych podobnych do tkanek ludzkiego organizmu. Zbadanie wpływu bodźców mechanicznych na aktywność fizjologiczną komórek wydaje się być szczególnie interesujące w kontekście chorób nowotworowych, którym często towarzyszą lokalne zmiany sztywności tkanek, palpacyjnie wyczuwalne jako guzy. Prezentowane w niniejszej pracy badania prowadzone były dla komórek prawidłowych, pochodzących z obwodowej strefy gruczołu krokowego (PZ-HPV-7), oraz komórek rakowych, wywodzących się z przerzutów raka prostaty do mózgu (Du145) i kości (PC-3). Manipulacja sztywnością otoczenia komórek była możliwa dzięki zastosowaniu hydrożeli polimerowych wykonanych z polikarylamidu. Własności chemiczne i fizyczne hydrożeli zostały zweryfikowane przy użyciu spektroskopii absorpcyjnej z transformatą Fouriera, reometru rotacyjnego oraz mikroskopu sił atomowych. W celu opisania własności elastycznych komórek, organizacji ich cytoszkieletu oraz pola powierzchni zastosowano mikroskopię fluorescencyjną oraz mikroskopię sił atomowych. Jakościowa analiza mechanoczułości poszczególnych linii komórkowych była możliwa dzięki wprowadzeniu dwóch parametrów – AR (będącego miarą szybkości zmian pola powierzchni komórek w funkcji sztywności otoczenia) oraz SR (będącego miarą szybkości zmian elastyczności komórek w funkcji sztywności otoczenia). Uzyskane wyniki pokazują modulującą rolę bodźców mechanicznych docierających do komórek z ich otoczenia. Ponadto, mechanoczułość komórek prawidłowych i nowotworowych przejawia odmienny charakter. Różnice są widoczne zarówno w morfologii komórek, ich własnościach elastycznych jak i tempie podziału komórkowego.