O gel baseado em algas oferece nova ferramenta para pesquisa de câncer de mama

Em 2020, bem quando Jane Baude estava começando seu Ph.D. Pesquisa na UC Santa Barbara, ela aprendeu que um componente crítico de seu experimento-o gel precisava crescer e testar células epiteliais mamárias-não estaria disponível por quase um ano por causa de problemas de produção relacionados à pandemia. Então, ela e seu conselheiro, a professora Ryan Stowers, decidiram girar: Baude projetaria seu próprio gel para estudar células.

Agora Baude, Stowers e seus colegas criaram um gel à base de algas no laboratório como uma plataforma para estudar células epiteliais mamárias, que formam dutos e glândulas produtoras de leite no tecido mamário saudável e podem se transformar em células cancerígenas. “Não apenas criamos algo que pode imitar os géis fabricados comercialmente, mas fomos capazes de usar o que fizemos em nossa vantagem para aprender mais sobre as células e o material”, disse Baude.

Em pesquisa publicada na revista Avanços científicosa equipe demonstra que seu gel suporta com sucesso o desenvolvimento do tecido da glândula mamária normal e pode ser modificado para direcionar como as células crescem. Ao ajustar as propriedades mecânicas e bioquímicas do gel, os pesquisadores podem aprender mais sobre como as células do corpo são moldadas por seu ambiente físico.

Olhar para a relação entre células e seu ambiente físico pode oferecer novas idéias sobre como o câncer se desenvolve. Historicamente, a pesquisa sobre o câncer se concentrou em como as mutações iniciam uma cascata de sinais que impulsionam o crescimento do tumor, explicou o Stowers.

“O ambiente em que a célula cresce é tão importante quanto sua genética”, disse ele. “Você pode colocar as mesmas células em ambientes diferentes e elas podem se comportar como células normais, ou elas podem se comportar como células malignas invasivas, apenas mudando o contexto em que estão crescendo”.

Seu novo ambiente em gel pode fornecer um novo entendimento de como os “bairros” que as células habitam no corpo enviam células para as vias de desenvolvimento que levam ao câncer, disseram Stowers, que tem compromissos conjuntos nos departamentos de engenharia mecânica e bioengenharia.

Células epiteliais diretas ‘das membranas basais’

Em seu corpo, o bairro onde as células epiteliais vivem é chamado de membrana do porão.

“Todas as células epiteliais do seu corpo estão cercadas por essa malha muito fina de proteínas que ancoram as células no lugar, fornecendo suporte e também desempenham um papel importante na sinalização celular”, disse Stowers.

Como resultado, os pesquisadores que estudam células epiteliais no laboratório precisam de uma membrana basal equivalente para entender como essas células agem em seu ambiente. A maioria dos produtos de membrana basal reconstituída produzida comercialmente feitos para o estudo do câncer de mama e tecido mamário são extraídos de tumores de camundongos.

Enquanto os géis tradicionais são amplamente utilizados, “todo mundo sabe que não é perfeito”, disse Stowers, que fez trabalhos anteriores com géis à base de algas.

Quando ele e Baude começaram a trabalhar, ele lembrou: “Pensamos: por que não tentamos superar algumas dessas limitações? Se vamos fazer o esforço de projetar um novo gel, podemos tentar começar do zero e projetar alguma ajuste e modularidade no sistema sintético que estamos tentando desenvolver”.

Membranas do porão rígidas ligadas a tumores

As células respondem às propriedades físicas do que as rodeia, seja no laboratório ou no corpo. Ser capaz de ajustar as propriedades de uma membrana no laboratório, ajuda os pesquisadores a ver como as células reagem a diferentes ambientes.

“As células são particularmente mecanossensíveis, para que possam sentir a diferença entre um gel macio e um gel duro, por exemplo”, disse Stowers, que concentra sua pesquisa sobre como as células interagem com as propriedades mecânicas de seu ambiente.

Essas interações podem desempenhar um papel no câncer. Pesquisas recentes vincularam ambientes mais rígidos ao desenvolvimento de tumores.

“Muitas vezes, quando as pessoas sentem um nódulo rígido, elas vão fazer o check -out, sabendo intuitivamente que essa massa dura, esse nódulo rígido, é potencialmente ruim”, explicou Stowers. “A glândula mamária é um dos tecidos mais macios do corpo, mas um tumor maligno realmente aumenta de rigidez à medida que a doença progride”.

Novo gel adiciona precisão, flexibilidade

Para desenvolver a membrana do porão sintético, o Baude usou um gel baseado em algas estudado anteriormente e testou combinações de sequências de peptídeos curtas até corresponder às capacidades do Matrigel, um gel disponível comercialmente para o estudo de células mamárias. Ela e seus colegas também variaram a reticulação e o comprimento das cadeias poliméricas no gel para modificar sua rigidez e a rapidez com que ele responde à força aplicada.

“Encontramos uma combinação de pistas mecânicas e bioquímicas que funcionam bem”, disse ela. “Algumas das mudanças que fomos capazes de fazer no gel nos ajudam a separar como diferentes tipos de matrizes contribuem para o desenvolvimento de células”. Modificações adicionais também permitiram aos pesquisadores imitar uma matriz que torna as células mais propensas a se tornarem cancerígenas.

Nas condições certas, as células colocadas nos géis foram capazes de fazer suas próprias membranas no porão, disseram os Stowers: “Mas quando fornecemos as dicas erradas, elas começam a fazer outras proteínas e não se desenvolvem da maneira certa”.

Os estoques e seus colegas estão interessados ​​em explorar até que ponto eles podem controlar as condições iniciais do gel para moldar o desenvolvimento de células, incluindo a possibilidade de usar o gel para cultivar tecidos e órgãos complexos de células pacientes.

“Estamos esperançosos”, disse ele, “que, aplicando uma abordagem de engenharia à biologia do desenvolvimento, podemos descobrir insights sobre como orientar a formação de tecidos complexos e funcionais de engenharia”.