Trong nhiều trường hợp, biểu hiện thực thể của bệnh ung thư và cách chúng được chẩn đoán sau đó là thông qua khối u, khối mô của các tế bào bị đột biến và các cấu trúc phát triển quá mức. Một trong những bí ẩn chính trong việc tìm hiểu điều gì xảy ra ở bệnh ung thư liên quan đến môi trường mà các cấu trúc này phát triển, thường được gọi là vi môi trường khối u.

Một nhóm các nhà nghiên cứu do Wei Guo của Trường Nghệ thuật & Khoa học dẫn đầu đã đưa ra những hiểu biết mới về cơ chế thúc đẩy sự phát triển của khối u. Thông tin này có thể được sử dụng để giúp các bác sĩ lâm sàng chẩn đoán ung thư sớm hơn trong tương lai. Ảnh: CDC

Môi trường vi mô này đóng một vai trò trong việc tạo điều kiện thuận lợi cho sự tồn tại, phát triển và lan rộng của khối u. Các khối u có thể giúp tạo ra cơ sở hạ tầng của riêng chúng dưới dạng mạch máu, tế bào miễn dịch, phân tử tín hiệu và ma trận ngoại bào (ECM), mạng lưới ba chiều của giàn giáo hỗ trợ giàu collagen cho tế bào.

ECM cũng giúp điều chỉnh thông tin liên lạc của tế bào và trong môi trường vi mô khối u, ECM có thể là yếu tố thúc đẩy chính cho sự phát triển của khối u bằng cách cung cấp hỗ trợ cấu trúc cho các tế bào ung thư và điều chỉnh các đường truyền tín hiệu thúc đẩy tăng trưởng.

Nghiên cứu mới do Wei Guo của Trường Nghệ thuật & Khoa học  dẫn đầu và được công bố trên tạp chí Nature Cell Biology đã kết nối các tương tác cấu trúc phức tạp trong môi trường vi mô khối u với các tín hiệu kích hoạt sự phát triển của khối u.

Các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu các tế bào gan ung thư phát triển trên các ECM có độ cứng khác nhau và phát hiện ra rằng sự cứng lại liên quan đến sự phát triển của khối u có thể bắt đầu một đợt làm tăng sản xuất các túi nhỏ được bao bọc bởi lipid được gọi là exosome.

Ravi Radhakrishnan, giáo sư kỹ thuật sinh học tại  Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng  và là đồng tác giả của nghiên cứu cho biết: “Hãy nghĩ về những exosome này như những gói mà mỗi tế bào vận chuyển ra ngoài, và tùy thuộc vào địa chỉ, chúng được chuyển hướng đến các tế bào khác.  

“Bằng cách ghi lại số lượng gói được gửi, địa chỉ trên các gói này, nội dung của chúng và quan trọng nhất là cách chúng được quy định và tạo ra, chúng tôi có thể hiểu rõ hơn về mối quan hệ giữa môi trường vi mô khối u của bệnh nhân và các dấu hiệu tín hiệu phân tử duy nhất của họ, gợi ý về Radhakrishnan nói: “Các liệu pháp điều trị ung thư được cá nhân hóa mạnh mẽ hơn.

Trong khi nghiên cứu exosome liên quan đến sự phát triển và di căn của khối u đã được ghi nhận rõ ràng trong những năm gần đây, các nhà nghiên cứu chủ yếu tập trung vào việc lập danh mục các đặc điểm của chúng hơn là điều tra nhiều quá trình chi phối việc tạo và vận chuyển exosome giữa các tế bào.

Là thành viên của  Trung tâm Ung thư Khoa học Vật lý Penn  (PSOC), Guo và Radhakrishnan từ lâu đã hợp tác trong các dự án liên quan đến độ cứng của mô. Đối với bài báo này, họ đã tìm cách làm sáng tỏ mức độ cứng lại thúc đẩy exosome trong tín hiệu nội bào ung thư.

Nhóm của Guo bắt đầu quá trình này bằng cách kiểm tra các con đường được kích hoạt khi các tế bào ung thư phát triển trên các ECM cứng. Họ protein Rab là ứng cử viên hàng đầu của chúng tôi, vì chúng chịu trách nhiệm tạo ra exosome và giải phóng chúng khỏi tế bào. Chúng tôi đã nghiên cứu Akt, một loại protein tín hiệu kiểm soát các protein Rab.

Trong điều kiện khắc nghiệt, Akt được biến đổi về mặt phân tử, khiến nó tương tác với Rabin8, một loại protein chuyển Rab8 thành viên họ Rab thành dạng hoạt động. Sau khi hoạt động, Rab8 sau đó bắt đầu công việc giúp tế bào giải phóng exosome, “điều này tiếp tục thúc đẩy sự phát triển của khối u.

Sau đó, khi các nhà nghiên cứu kiểm tra các mẫu mô của bệnh nhân ung thư gan và thử nghiệm tác động của ECM cứng, họ phát hiện ra rằng các gen mã hóa đường truyền tín hiệu Notch, tham gia vào quá trình truyền thông giữa các tế bào và được biết là thúc đẩy sự phát triển của khối u. bày tỏ nhiều hơn.

Guo cho biết: “Con đường Notch có liên quan đến ung thư gan và hoạt động của nó có liên quan đến việc gia tăng tổn thương gan. “Vì vậy, trong tương lai, thông tin này có thể được sử dụng để giúp các bác sĩ lâm sàng chẩn đoán ung thư sớm hơn.”

Johnson Chavarria cho biết, “Dự án PS-ON U01 này cho thấy tầm quan trọng của sự hợp tác liên ngành để giải quyết các câu hỏi nổi bật trong nghiên cứu ung thư. Tôi mong đợi tác động rộng lớn hơn của những đặc tính vật lý này và những phát hiện cơ học giữa môi trường vi mô khối u, ECM và exosome sẽ có trong việc thúc đẩy nghiên cứu và điều trị ung thư”.

Đối với các nghiên cứu trong tương lai, các nhà nghiên cứu muốn kiểm tra cách thức các chất tiết exosome từ các tế bào ung thư ảnh hưởng đến các tế bào miễn dịch và thăm dò cách thức ung thư kết hợp các nguyên bào sợi, các tế bào giúp tạo mô liên kết, để tạo ra các điều kiện thuận lợi hơn để phát triển và di căn.