Ett tvärvetenskapligt team av forskare från Indian Institute of Science (IISc) har använt en 3D-tumörmodell och magnetiskt drivna nanomotorer för att undersöka cancercellers mikromiljö. Teamet består av forskare från Center for Nano Science and Engineering (CeNSE) och Institutionen för molekylär reproduktion, Utveckling och genetik (MRDG).

I sitt arbete, publiceras i Angewandte Chemie , teamet styrde spiralformade nanomotorer på distans via ett externt magnetfält genom tumörmodellen för att känna av, kartlägga och kvantifiera förändringar i den cellulära miljön. Modellen omfattar både friska celler och cancerceller inbäddade i en rekonstituerad basalmembranmatris, och efterliknar bröstcancermiljön.

Studien belyser ett nytt sätt att rikta in sig på cancerceller genom att manövrera nanomotorer inuti en tumör och vänta på att de ska lokaliseras i närheten av cancerplatsen. "Vi försökte driva nanomotorerna mot cancerceller i en tumörmodell och observerade att de fastnade i matrisen nära cancerceller, men detta observerades inte nära normala celler, " säger Debayan Dasgupta, en co-förste författare och Ph.D. student vid CeNSE.

Den extracellulära matrisen (ECM) är ett komplext 3D-nätverk av proteiner och kolhydrater som utsöndras av levande celler till deras grannskap. Dock, när cancerceller utsöndrar nytt material i ECM, det stör den kemiska och fysiska sammansättningen av den naturliga ECM som omger friska celler, förnedrar den lokala miljön. Därför, Att förstå hur den cellulära mikromiljön förändras på grund av cancerceller och att mäta dessa förändringar kvantitativt kan vara avgörande för att förstå cancerns fortskridande.

I den aktuella studien, forskarna upptäckte att när nanomotorerna närmade sig cancercellsmembranet, de fastnade i matrisen starkare än på normala celler. För att mäta hur starkt nanomotorerna band till matrisen, laget beräknade den magnetiska fältstyrkan som krävs för att övervinna vidhäftningskraften, och gå framåt.

"Detta betyder att cancercellerna gör något. Så, vi gjorde några mätningar och upptäckte att det [vidhäftningskraften] berodde på typen av celler, styrkan av interaktion och även vilken sida av cellen nanomotorn närmade sig, " förklarar Ambarish Ghosh, Docent vid CeNSE och en av seniorförfattarna. "I slutet, det slutade med att vi upptäckte en fysisk egenskap hos en viktig biologisk miljö."

Anledningen till att nanomotorerna verkar hålla sig bättre till cancercellerna är deras laddade ECM. Detta kan bero på närvaron av 2, 3-länkad sialinsyra, en sockerkonjugerad molekyl som ger en negativ laddning till cancercellsmiljön, fann forskarna. De visualiserade fördelningen av dessa sockerarter med hjälp av fluorescerande markörer och fann att sialinsyror fördelades upp till 40 mikrometer från cancercellytan - samma avstånd till vilket nanomotorerna upplevde stark vidhäftning.

För att motverka denna vidhäftande effekt, teamet täckte nanomotorerna med Perfluorooctyltriethoxysilane (PFO) som skyddade dem från den laddade miljön. De belagda nanomotorerna fastnade inte på matrisen nära cancercellerna, medan de obelagda motorerna höll fast vid matrisen, bekräftar det faktum att den negativt laddade cancermikromiljön interagerar med de inkommande nanomotorerna, gör dem orörliga.

"Det som kom som en vacker överraskning var att inom en sådan miljö, vi fann att aggressiva cancerceller gjorde om sin omgivning genom att göra dem klibbigare, och rikare på specifika laddade sockerarter, " säger Ramray Bhat, Biträdande professor vid MRDG och en av seniorförfattarna. "Denna laddning kan potentiellt användas för att rikta in sig på och döda små populationer av cancerceller gömda bland deras normala motsvarigheter, för vilket vi utvidgar dessa studier till levande djur."