Роль биомеханических и структурных свойств органных матриксов в регуляции пролиферации и фенотипа клеток рака молочной железы

Внеклеточный матрикс (ВКМ) является одним из ключевых элементов как нормального, так и опухолевого клеточного микроокружения. К настоящему времени сформированы представления о важной роли ВКМ в регуляции таких процессов, как клеточная пролиферация, дифференцировка, метаболическая пластичность и миграция. Предполагается, что факторами такой регуляции являются как биохимический состав ВКМ, так и его структурно-механические свойства. Клетка способна получать информацию о структурно-механических свойствах матрикса посредством работы мембранных рецепторов, среди которых ключевыми являются интегрины и дискоидин-доменные рецепторы. Механотрансдукционные сигнальные пути обеспечивают регуляцию метаболизма и работы генома в зависимости от конкретных условий микроокружения. Активное развитие в последние годы получили исследования, направленные на установление механизмов влияния биомеханических свойств ВКМ на рост и развитие опухолевых клеток. Показаны эффекты ВКМ в отношении автономности и неограниченном росте опухоли, лекарственной устойчивости, уходе малигнизированных клеток от апоптоза, тканевой инвазии опухоли и метастазирования. В то же время, многие аспекты такого влияния не изучены, а накопленные экспериментальные данные зачастую противоречивы. С практической точки зрения, знание механизмов, по которым ВКМ осуществляют своё влияние на опухолевые клетки, может стать основой для создания новых методов диагностики и противопухолевого лечения, основанного на нормализации состава и структуры матрикса опухоли. Диссертационная работа посвящена выяснению роли структурных и биомеханических свойств внеклеточного матрикса в регуляции развития опухоли на примере клеток рака молочной железы. В рамках представленного исследования предложен протокол получения бесклеточных матриксов различных органов мыши, обеспечивший сохранность нативной архитектоники, специфичной для разных типов тканей, при достижении высокой степени чистоты от резидентных клеток. С использованием разработанного протокола получен набор бесклеточных матриксов с уникальным сочетанием структурных и биомеханических свойств, таких как размер пор, диаметр волокон, локальная жёсткость волокон и общая жёсткость трехмерной структуры матрикса. Полученные матриксы были использованы для исследования особенностей их заселения опухолевыми клетками двух линий аденокарциномы молочной железы человека. Сравнительный анализ роста клеток в матриксах с разными свойствами позволил установить наличие корреляции между скоростью заселения матрикса и его биомеханическим свойствами. При этом клетки исходно разного фенотипа продемонстрировали чувствительность к различным параметрам: мезенхимальные клетки предпочитали матриксы с низкой общей жесткостью трехмерной структуры и большим размером пор, в то время как эпителиоподобные клетки лучше росли в среде с низкой локальной жесткостью волокон. Установлено, что наблюдается не только изменение пролиферативной активности клеток, но и тканеспецифичное изменение экспрессии генов белков, ответственных за взаимодействие клеток с матриксом, регуляцию их пролиферации и дифференцировки, а также запуск программы эпителиально-мезенхимального перехода. При выполнении диссертационного исследования получены новые знания о роли биомеханических и структурных свойств внеклеточного матрикса в регуляции пролиферации и фенотипа клеток рака молочной железы, расширяющие и дополняющие теоретические представления в соответствующей области. Результаты диссертационного исследования могут быть использованы для создания новых методов диагностики и таргетного противопухолевого лечения, основанного на нормализации состава и структуры матрикса опухоли.