En Loughborough University Ph.D. student har gett ny insikt i hur bröstcancerceller interagerar med celler i vår kropp genom att använda en ny 3D-modell.

Biokemist Mj Brown, från Idrottshögskolan, Tränings- och hälsovetenskap, har undersökt hur mänskliga mesenkymala stamceller (hMSC) och bröstcancerceller interagerar och påverkar varandras invasivitet – ett koncept som tidigare har gjort forskarna förbryllade.

hMSCs finns i benmärgen och är viktiga för att regenerera och reparera skadade områden i kroppen eftersom de kan differentiera till en mängd olika celltyper, inklusive de som gör ben, brosk, muskler och fett.

Cancerforskare har riktat fokus mot hMSCs eftersom de naturligt reser till tumörer när de dyker upp i kroppen och interagerar med cancerceller.

De är särskilt angelägna om att förstå om hMSCs kan interagera med celler för att förhindra "sekundär bröstcancer" eftersom denna typ av cancer är obotlig.

Sekundär bröstcancer uppstår när cancerceller från en primär tumör i bröstet sprids till närliggande vävnader såsom lungorna, ben och lever via blodet eller lymfsystemet - en process som kallas "metastaser."

Även om hMSCs naturligt dras till dessa "invasiva" cancerceller, hur cellerna interagerar och påverkar varandra är oklart och tidigare forskningsprojekt är uppdelade i sina resultat, med vissa hitta hMSCs främja metastaser och andra drar slutsatsen att de minskar det.

Mj:s studie fokuserade på MDA-MB-231 - en typ av bröstcancercellinje som är känd för att vara extremt invasiv.

Hennes forskning fann att hMSCs dramatiskt minskar invasiviteten hos MDA-MB-231 bröstcancerceller.

Och vad gör hennes forskning speciell och annorlunda än tidigare studier, är det faktum att hon använde en 3D-modell.

De flesta forskare tittar på hur cancer interagerar med celler genom att antingen växa tumörer i möss eller genom att använda 2-D monolagerkulturer - celler som odlas i en maträtt, platt och sida vid sida, under kontrollerade förhållanden.

Att växa cancer i kroppen (in vivo) hos möss är inte representativt för vad som händer hos människor på grund av skillnader i mikromiljön, och 2D-modellerna har också sina begränsningar eftersom tumörer inte är platta, de är 3D och beröringsceller som finns runt dem, inte bara de som ligger vid sidan av den.

Som Mj:s Ph.D. handledare Dr Mhairi Morris, som också var medförfattare till studien, beskriver det, att modellera tumörer i 2D är som att "spela fotboll liggandes på marken sida vid sida - möjligt, men skräp."

Dr. Morris är Loughboroughs ledare för att utveckla 3D-cancermodeller – cellbaserade modeller som skapas i labbet (in vitro).

genom att modellera cancer i 3D kan forskare se hur cancerceller interagerar med alla cellytor de kommer i kontakt med, ger en mer korrekt bild av vad som händer inuti människokroppen.

Under ledning av Dr Morris och även Loughboroughs Dr Liz Akam, en expert på hMSCs, Mj utvecklade en 3D-modell som gjorde det möjligt för henne att utforska sambandet mellan hMSCs och MDA-MB-231 bröstcancerceller.

Hon skapade 3-D sfäriska tumörer genom att blanda ('samodla') hMSC-celler med cancercellerna och suspendera dem från locket på en vävnadsodlingsskål.

När väl "sfäroiderna" bildades, hon bäddade in dem i den geléliknande matrisen som efterliknar den miljö som bröstcancercellerna skulle finnas i i kroppen.

Mj observerade förändringarna av invasivitet under en femdagarsperiod genom att mäta längden på projektionerna som cellerna lade ut i matrisen - ett känt mått på cellinvasion - och fann att cancercellerna blev mindre invasiva när de blandades med hMSCs.

Hennes resultat ger nya bevis för hur cancerceller och stamceller interagerar i kroppen och belyser ytterligare effektiviteten hos 3D-modeller.

Mj:s forskning är också viktig för forskare som arbetar inom området som, samtidigt som man bestämmer de optimala samodlingsförhållandena för att skapa sfäroiderna, hon hittade källan till serum – ett tillskott till cellodlingsmediet, som innehåller en blandning av nödvändiga proteiner, hormoner och andra tillväxtfaktorer som underlättar celltillväxt - hade en betydande effekt på tillväxten av de undersökta cellerna.

Mj har publicerat sina resultat i tidskriften Bioengineering i en artikel med titeln "Bestämning av villkor för framgångsrik odling av multicellulära 3D-tumörsfäroider för att undersöka effekten av mesenkymala stamceller på inträngning av bröstcancerceller."

Hon sa om studien:"Att fortsätta att undersöka interaktionen mellan hMSCs och cancerceller i 3-D-system är nu viktigt för att ytterligare förstå detta förhållande och effekten av tumörmikromiljön på metastaser.

"Att använda 3-D-modeller som den som används i denna studie ger en möjlighet för in vitro-förhållanden att undersökas och ny forskning om mesenkymal stamcellsdriven biokemisk modulering av bröstcancercellsmetastaser att utföras.

"Jag hoppas att min forskning gör det möjligt för oss att ytterligare förstå sambandet mellan hMSCs och bröstcancerceller för att utveckla nya terapeutiska metoder för att förebygga bröstcancermetastaser."

Mj bygger redan på sin forskning och undersöker nu vilken roll träning har för relationen mellan hMSCs och bröstcancerceller och om fysisk aktivitet kan minska invasiviteten ytterligare.

Dr. Morris kommenterade:"Vi är så stolta över Mj:s hårda arbete och vi är glada över att se hennes artikel publicerad i en så prestigefylld tidskrift.

"Framtiden för in vitro-modellering är i tre – eller fler! – dimensioner och vi är glada över att kunna ta vår unika satsning på detta – att samodla bröstcancerceller med hMSCs och se vilken effekt träning kan ha på denna interaktion."