골 기질의 광물화는 종양 세포 성장을 조절합니다.

종양 세포는 종종 재활성화되어 전이를 형성하기 전에 수년 동안 먼 조직에서 휴면 상태로 있는 변덕스러운 수면 인자로 알려져 있습니다. 세포 및 분자에서 소위 조직 미세 환경의 다른 구성 요소에 이르기까지 활성화가 발생하는 이유를 이해하기 위해 수많은 요인이 연구되었습니다.

이제 학제간 Cornell 팀은 유방암 전이의 주요 부위인 골격에서 종양 성장을 조절하는 새로운 메커니즘을 확인했습니다. 뼈 매트릭스의 광물화, 고유한 생화학적 및 생체역학적 특성을 결정하는 유기 및 무기 구성 요소의 섬유질 메쉬 해골.

연구팀의 논문 “Bone-Matrix Mineralization Dampens Integrin-Mediated Mechanosignalling and Metastatic Progression in Breast Cancer”는 Nature Biomedical Engineering에 8월 7일 게재되었습니다. 공동 저자는 연구원 최시영과 박사 과정 학생 Matthew Whitman입니다.

이 프로젝트는 공동 선임 저자인 Claudia Fischbach, Stanley Bryer 1946 생의학 공학 교수 및 Lara Estroff, Herbert Fisk Johnson 산업 화학 교수(코넬 공학과) 간의 최신 공동 작업으로, 이들은 함께 전이성 확산을 탐구해 왔습니다. 10년 이상 뼈에 유방암.

Fischbach의 연구실은 조직 미세 환경이 다양한 상황에서 암을 조절하는 방법을 이해하기 위해 세포 및 조직 공학 접근 방식과 함께 생체 재료를 사용하는 반면 Estroff의 연구실은 생물학적 유기체가 조직에서 결정의 성장을 제어하는 방식인 생광물화를 전문으로 합니다.

“우리는 암세포가 자라기 위해 올바른 토양이 필요한 씨앗처럼 행동한다는 것을 알고 있으며 기본적으로 모든 것을 함께 묶는 세포 사이의 물질인 세포외 기질이 종양 성장에 어떤 영향을 미치는지 매우 관심이 있습니다.”라고 Fischbach는 말했습니다.

생리적 광물화 동안 뼈 미네랄 입자는 콜라겐 유형 I 섬유 내부 및 주변에 침착됩니다. 이 과정은 자연적으로 발생하며 뼈 건강에 필요하지만 나이가 들면서 감소합니다. 예를 들어 폐경기 여성에게서 볼 수 있는 호르몬 변화로 인해 감소합니다. 식이 변화나 화학 요법으로 인해 발생할 수도 있습니다.

감소된 뼈 건강과 종양 세포의 행동 사이의 연관성은 잘 확립되어 있습니다. 예를 들어, 골-미네랄 밀도 감소는 전이 위험 증가와 관련이 있으며, 불완전한 골절 치유는 골 전이를 향상시키는 것으로 나타났습니다. 그러나 아무도 이 과정에서 뼈-매트릭스 광물화가 어떤 특정한 역할을 하는지 분리할 수 없었습니다.

Fischbach는 “정의된 방식으로 뼈 매트릭스 속성을 제어할 수 있는 모델 시스템이 없으면 이러한 연결을 연구할 수 없습니다.”라고 말했습니다.

연구원들은 생리학적 및 병리학적 광물화를 모방하는 방식으로 콜라겐과 뼈 미네랄 수산화 인회석을 포함한 유기 및 무기 매트릭스 구성 요소를 결합하여 이러한 시스템을 만들 수 있었습니다. Estroff는 다양한 골기질 모델의 필수 재료 합성 및 특성화 기술을 주도했으며, 그 후 연구팀은 이를 사용하여 먼저 시험관 내에서 종양 세포 행동을 조사한 다음 마우스 모델을 통해 생체 내에서 조사했습니다.

뼈 미네랄의 존재는 두 환경 모두에서 종양 세포의 성장을 감소시켰습니다. 미네랄의 존재는 또한 종양 세포가 더 나은 환자 예후와 관련된 유전자를 촉진하도록 했습니다. 이러한 결과는 건강한 골 기질이 유방암 골격 전이의 위험을 감소시킬 수 있음을 시사합니다.

Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering의 공동 저자인 Matthew Paszek과 Englander Institute for Precision Medicine의 소장이자 Weill Cornell Medicine의 생리학 및 생물물리학 및 전산 생물의학 전산 유전체학 교수인 Olivier Elemento가 도움을 주었습니다. 뼈 매트릭스가 세포 기계 신호를 조절하는 방법을 설명하고 잠재적인 분자 메커니즘을 환자 데이터에 연결합니다.

“이 연구는 기본적으로 미네랄 입자와 콜라겐 사이의 생리적 상호 작용이 뼈로 퍼진 종양 세포의 활성화를 억제할 수 있다는 것을 처음으로 보여줍니다.”라고 Fischbach는 말했습니다. “이제 우리는 다른 세포 유형이 다양한 뼈 매트릭스 광물화에 의해 어떻게 영향을 받는지에 대해 광범위하게 관심을 갖고 있습니다. 그리고 광물 의존적 행동 변화가 어떻게 종양 세포를 조절합니까?”

공동 저자로는 박사 과정 학생인 Adrian Shimpi와 Nicole Sempertegui가 있습니다. Aaron Chiou 박사 ’20; 조셉 드루소 박사 ’16; Akanksha Verma 박사 ’20; 스테파니 럭스 ’21; 및 Zhu Cheng, Ph.D. ’20.

이 연구는 Human Frontier Science Program의 지원을 받았습니다. 암 대사 물리학 센터를 통한 국립 암 연구소; 국립 보건원; Cornell University의 줄기 세포 프로그램; 그리고 국립 과학 재단.

연구원들은 National Science Foundation의 MRSEC 프로그램이 지원하는 Cornell Center for Materials Research를 이용했습니다. NSF가 지원하는 National Nanotechnology Coordinated Infrastructure의 구성원인 Cornell NanoScale Facility; 및 코넬 생명공학 자원 센터.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/08/230807164413.htm