Физический инструмент помогает отслеживать разнообразие раковых клеток

Раковые клетки — коварный противник. Одна из причин, по которой болезнь превосходит многие потенциальные методы лечения, заключается в разнообразии популяции раковых клеток. Исследователи обнаружили, что эту популяцию трудно охарактеризовать и количественно оценить.

Команда под руководством Корнелла применила новый междисциплинарный подход к анализу поведения клеток опухоли молочной железы с использованием метода статистического моделирования, более широко используемого в физике и экономике. Команда смогла продемонстрировать, как химическое окружение может влиять на разнообразие или гетерогенность раковых клеток, а именно на взаимодействие с конкретным белком, что приводит к росту опухоли.

Исследовательская группа во главе с Mingming Wu работала с CNF, чтобы изготовить этот микрожидкостной чип, содержащий четыре идентичных трехканальных устройства. Команда поместила клетки опухоли молочной железы и хемокиновый белок CCL19 в каждое устройство, а затем использовала программное обеспечение с открытым исходным кодом для анализа поведения раковых клеток.

Статья исследователей «Лимфоидный хемокин CCL19 способствовал гетерогенности подвижности опухолевых клеток молочной железы в трехмерной микросреде, выявленной с помощью анализа распределения Леви», опубликованная 14 февраля в « Интегративной биологии».

«Лечить рак довольно сложно. Многие люди в этой области считают, что это связано с разнообразием раковой популяции», — сказал старший автор Mingming Wu, профессор биологической и экологической инженерии в Колледже сельского хозяйства и наук о жизни. «Несмотря на то, что иммунные клетки округлые, похожи и движутся одинаково, раковые клетки имеют разную форму и движутся с разной скоростью. Мы знаем, что быстрые двигатели очень смертоносны. Как бы вы оценили эту неоднородность?»

Другая проблема заключается в том, что лишь несколько раковых клеток движутся быстро и наносят наибольший урон, и их трудно найти.

Попытка отследить эти редкие клетки похожа на поиск неуловимых частиц, который проводится в лаборатории соавтора Андерса Рида, профессора физики в Колледже искусств и наук. Во время беседы за чашкой кофе Райд и Ву поняли, что исследования раковых клеток могут включать в себя те же самые сложные статистические инструменты, которые помогли физикам частиц понять явления редкой энергии, такие как столь популярный бозон Хиггса.

«То, что мы делаем в физике элементарных частиц, — это на самом деле статистический анализ данных, пытаясь выяснить, какие функциональные формы описывают наши данные», — сказал Рид. «И в этом случае здесь было интересно посмотреть на выбросы, клетки, которые мигрировали дальше, и охарактеризовать это. Многие инструменты, которые мы используем в физике элементарных частиц, очень хорошо подходят для этого анализа».

Лаборатория биофлюидики Ву совместно с Научно-технологическим фондом Cornell NanoScale (CNF) создали микрожидкостное устройство с тремя параллельными каналами, каждый примерно шириной человеческого волоса. Команда ввела в устройство клетки опухоли молочной железы вместе с хемокиновым белком CCL19, который секретируется лимфатическими узлами и высоко экспрессируется в клетках злокачественных опухолей.

Чтобы смоделировать траектории раковых клеток, команда использовала Root, программное обеспечение с открытым исходным кодом для статистического анализа в физике высоких энергий и в некоторых экономических приложениях.

Исследователи обнаружили, что присутствие хемокина заставляет целевые раковые клетки двигаться быстрее, и гетерогенность увеличивается.

«Это похоже на то, как мы, как общество, пытаемся сделать население более разнообразным, потому что мы знаем, что если население разнообразно, оно более крепкое, более здоровое», — сказал Ву. «Я думаю, что рак — это то же самое. Они делают свое население более разнообразным, более неуничтожимым».

Лечение, которое ингибирует рецептор к CCL19, может потенциально уменьшить инвазивность опухолевых клеток, хотя это также может заставить раковые клетки принять новые, даже более незаметные стратегии для выживания, сказал Ву.

Анализируя, как эти клетки реагируют на сигналы окружающей среды, такие как химические градиенты, температура, интенсивность света и механическая сила, команда Ву надеется прояснить основополагающие принципы биологии, которые не так просты, как фундаментальные законы физики.

Ее команда тоже может позаимствовать несколько техник.

«В физической науке уже есть много инструментов, потому что физическая наука всегда была очень количественной областью, — сказал Ву. «Только недавно количественная биология начинает формироваться. Поэтому я чувствую, что эта интеграция является мощной, потому что вам не нужно изобретать велосипед для этого моделирования».

---

Источник истории:

Материалы предоставлены Корнельским университетом. Оригинал, написанный Дэвидом Наттом. Примечание: содержание может быть отредактировано по стилю и длине.

---

Ссылка на журнал :

1. Мингминг Ву, Мелоди А Шварц, Андерс Рид, Пимхуан Ханнанта-анан, Беум Джун Ким. Лимфоидный хемокин CCL19 способствовал гетерогенности подвижности клеток опухоли молочной железы в трехмерной микросреде, выявленной с помощью анализа распределения Леви. Интегративная биология , 2020; DOI: 10.1093 / intbio / zyaa001