ג'ל אצות חדש מספק פלטפורמה מציאותית למחקר סרטן השד

בשנת 2020, ממש כשג'יין באודה החלה את הדוקטורט שלה. מחקרים ב- UC סנטה ברברה, היא למדה כי מרכיב קריטי מהניסוי שלה – הג'ל היה צריך לצמוח ולבחון תאי אפיתל של החלב – לא יהיה זמין כמעט שנה בגלל סוגיות הייצור הקשורות למגיפה. אז היא והיועץ שלה, פרופסור ראיין סטאוורס, החליטו להסתובב: באודה תנדס את הג'ל שלה לחקר תאים.

כעת יצרו באודה, סטוורס ועמיתיהם ג'ל מבוסס אצות במעבדה כפלטפורמה לחקר תאי אפיתל של החלב, היוצרים צינורות ובלוטות מייצרות חלב ברקמת שד בריאה ויכולים להפוך לתאי סרטן.

לא רק שיצרנו משהו שיכול לחקות ג'לים המיוצרים באופן מסחרי, אלא שהצלחנו להשתמש במה שעשינו לטובתנו כדי ללמוד יותר על התאים והחומר. "

ג'יין באודה, סטודנטית לתואר שלישי, אוניברסיטת קליפורניה – סנטה ברברה

במחקר שפורסם בכתב העת התקדמות מדעיתהצוות מדגים כי הג'ל שלהם תומך בהצלחה בהתפתחות של רקמות בלוטת החלב הרגילה וניתן לשנותו כדי לכוון את האופן בו התאים גדלים. על ידי התאמת התכונות המכניות והביוכימיות של הג'ל, החוקרים יכולים ללמוד יותר על האופן בו תאים בגוף מעוצבים על ידי הסביבה הפיזית שלהם.

התבוננות בקשר בין תאים לסביבתם הפיזית עשויה להציע תובנות חדשות לגבי אופן התפתחות הסרטן. מבחינה היסטורית, מחקרי סרטן התמקדו באופן בו המוטציות יוזמות מפל של אותות המניעים את צמיחת הגידול, הסבירו האגדים.

"הסביבה בה גדל התא חשובה לא פחות מהגנטיקה שלה", אמר. "אתה יכול לשים את אותם תאים בסביבות שונות והם עשויים להתנהג כמו תאים רגילים, או שהם עשויים להתנהג כמו תאים ממאירים פולשניים, רק על ידי שינוי ההקשר שהם צומחים בהם."

סביבת הג'ל החדשה שלהם יכולה לספק הבנה חדשה כיצד "השכונות" בהן התאים מאכלסים בגוף שולחים תאים במסלולי התפתחות המובילים לקראת סרטן, אמרו סטוורס, שיש להם פגישות משותפות במחלקות להנדסת מכונות והנדסה ביולוגית.

"ממברנות המרתף" תאי אפיתל ישירים

בגופך, השכונה בה גרים תאי אפיתל נקראת קרום המרתף. "כל תאי האפיתל בגופך מוקפים ברשת דקה מאוד זו של חלבונים המעוגנים תאים במקום, ומספקים תמיכה ובמקביל למלא תפקיד חשוב באיתות תאים", אמר סטוורס.

כתוצאה מכך, חוקרים החוקרים תאי אפיתל במעבדה זקוקים לקרום מרתף שווה ערך כדי להבין כיצד תאים אלה פועלים בסביבתם. מרבית מוצרי המרת המרתף המופקים באופן מסחרי המיוצרים לחקר סרטן השד ורקמות השד מופקים מגידולים בעכבר.

בעוד שג'לים מסורתיים נמצאים בשימוש נרחב, "כולם יודעים שהם לא מושלמים", אמר סטוורס, שעשה עבודה קודמת עם ג'לים מבוססי אצות.

כשהוא ובאודה התחילו לעבוד, הוא נזכר, "חשבנו, מדוע לא ננסה להתגבר על כמה מהמגבלות הללו? אם אנו הולכים לעבור את המאמץ לעצב ג'ל חדש, אנו יכולים לנסות להתחיל מאפס ולהנדס קצת כוונון ומודולריות למערכת הסינתטית שאנו מנסים לפתח."

ממברנות מרתף נוקשות הקשורות לגידולים

התאים מגיבים לתכונות הפיזיות של מה שמקיף אותם, בין אם במעבדה ובין אם בגוף. היכולת להתאים את המאפיינים של קרום במעבדה, מסייעת לחוקרים לראות כיצד תאים מגיבים לסביבות שונות. "תאים הם רגישים במיוחד, כך שהם יכולים לחוש את ההבדל בין ג'ל רך לג'ל קשה, למשל," אמר סטוורס, הממקד את מחקריו כיצד תאים מתקשרים עם התכונות המכניות של סביבתם.

אינטראקציות אלה יכולות למלא תפקיד בסרטן. מחקרים עדכניים קישרו סביבות נוקשות יותר לפיתוח הגידולים. "לעתים קרובות, כשאנשים מרגישים גוש נוקשה, הם הולכים לבדוק את זה, בידיעה באופן אינטואיטיבי שהמסה הקשה הזו, הגוש הנוקשה הזה, היא רעה פוטנציאלית", הסביר סטוורס. "בלוטת החלב היא אחת הרקמות הרכות יותר בגוף, אך גידול ממאיר למעשה עולה בקשיחות ככל שהמחלה מתקדמת."

ג'ל חדש מוסיף דיוק, גמישות

כדי לפתח את קרום המרתף הסינטטי, Baude השתמש בג'ל מבוסס אצות שנחקר בעבר ושילובים נבדקו של רצפי פפטיד קצרים עד שהוא תואם את יכולותיו של מטריגל, ג'ל זמין מסחרית לחקר תאי החלב. היא ועמיתיה גוונו גם את הקישור ואורך שרשראות הפולימר בג'ל כדי לשנות את הנוקשות שלו וכמה מהר הוא מגיב לכוח המופעל.

"מצאנו שילוב של רמזים מכניים וביוכימיים שעובדים טוב," אמרה. "חלק מהשינויים שהצלחנו לבצע בג'ל עוזרים לנו לבחון כיצד סוגים שונים של מטריצות תורמים להתפתחות התאים." שינויים נוספים אפשרו גם לחוקרים לחקות מטריצה ​​שמאפשרת לתאים להיות יותר מסרטניים.

בתנאים הנכונים, תאים שהונחו בג'לים הצליחו ליצור ממברנות המרתף שלהם, אמרו סטוורס, "אבל כשאנחנו מספקים את הרמזים הלא נכונים, הם מתחילים לייצר חלבונים אחרים ולא מתפתחים בצורה הנכונה."

סטוורס ועמיתיו מעוניינים לבחון עד כמה הם יכולים לשלוט בתנאים הראשוניים של הג'ל כדי לעצב את התפתחות התאים, כולל אפשרות להשתמש בג'ל כדי לגדל רקמות ואיברים מורכבים מתאי חולים.

"אנו מקווים," אמר, "שעל ידי יישום גישה הנדסית על ביולוגיה התפתחותית, אנו יכולים לחשוף תובנות כיצד להנחות את היווצרותן של רקמות מהונדסות פונקציונליות מורכבות."