Seit Jahrzehnten ist es ein Ziel von Wissenschaftlern, herauszufinden, warum sich Krebstumore im menschlichen Körper bilden, aber das Wissen, wie sich Krebszellen ausbreiten, ist auch der Schlüssel zur Bekämpfung der oft tödlichen Krankheit.
Das osmotische Motormodell der Krebsmotilität hat gezeigt, dass sich begrenzte Zellen bewegen, indem sie Wasser an der Vorderkante aufnehmen und es an der Rückseite ausstoßen, wodurch ein Vortrieb entsteht. Die genauen Moleküle, die das hintere Schrumpfen dieser Zellen regulieren, blieben jedoch schwer fassbar.
Neue Forschungsergebnisse veröffentlicht in Naturkommunikation beantwortet diese Frage zur Zellbewegung und bietet ein paar weitere Schritte auf dem Weg zur zukünftigen Krebsbehandlung. Assistenzprofessor Yizeng Li, der diesen Herbst in die Abteilung für Biomedizinische Technik am Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Science der Binghamton University wechselte, war Co-Autor des Papiers zusammen mit Mitarbeitern der Johns Hopkins University, der University of Maryland, der University of Alberta und der Universitat Pompeu Fabra in Spanien.
Die Forscher experimentierten mit Brustkrebszellen in einer dreidimensionalen Matrix, um ihr Verhalten zu untersuchen. Wie bereits bestätigt, sorgt ein Molekül namens Natrium/Protonen-Austauscher 1 (NHE1) dafür, dass Wasser absorbiert wird – aber die Forscher entdeckten auch, dass ein anderes Protein auf der Rückseite namens SWELL1 die Zellmembran so polarisiert, dass Bewegung entsteht.
„Wir zeigen deutlich, dass das vorne konzentrierte NHE1 für die Wasseraufnahme verantwortlich ist“, sagte Li. „Auf der Rückseite der Zelle entfernt SWELL1 Chlorid – und durch das Entfernen von Chlorid entfernt es auch Wasser.
Li erhielt ihren Ph.D. vom Department of Mechanical Engineering der University of Michigan-Ann Arbor, und sie war Postdoktorandin am Department of Mechanical Engineering and Institute for NanoBioTechnology der Johns Hopkins University. Ihr Hintergrund liegt in theoretischer Mechanik und angewandter Mathematik mit Anwendungen in Biophysik und Mechanobiologie.
„Die Mechanobiologie befindet sich an der Schnittstelle von Zellbiologie, Physik und Mechanik. Der größte Teil meiner Arbeit konzentrierte sich auf die Zellmigration, die Kontrolle des Zellvolumens und die damit verbundenen Fragen“, sagte sie.
„Ich habe das mathematische Modell für diese Arbeit entwickelt. Um die biophysikalischen Mechanismen hinter der Beweglichkeit von Krebszellen besser zu verstehen, habe ich ein physiologiebasiertes Modell anstelle eines phänomenbasierten Modells entwickelt. Das Modell kombiniert Fluiddynamik, Zytoskelettstruktur und mikroskopische Details wie z Ionentransport. Die Modellvorhersage stimmt sehr gut mit den experimentellen Daten überein.“
Da etwa 40 % der US-Bevölkerung irgendwann in ihrem Leben an Krebs erkrankt sind, könnten Forschungen wie die von Li und ihren Kollegen weitreichende Auswirkungen auf die Verlangsamung oder Eindämmung der tödlichen Krankheit haben – selbst wenn die Behandlung noch Jahre dauert.
„Wir wollen verstehen, unter welchen Bedingungen Tumorzellen wandern können und unter welchen Bedingungen wir dies verhindern können“, sagte sie.
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Yuqi Zhang et al, Polarized NHE1 und SWELL1 regulieren Migrationsrichtung, Effizienz und Metastasierung, Naturkommunikation (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-33683-1