Nanovezels gebruiken om te voorkomen dat hersentumorcellen zich verspreiden

Hersenkanker is moeilijk te bevatten en is vaak resistent tegen conventionele behandelmethoden. Het voorspellen van het gedrag van tumorcellen vereist een beter begrip van hun invasiemechanisme. Nu hebben onderzoekers van de Universiteit van Fukui, Japan, nanovezels met een hoge dichtheid gebruikt die de micro-omgeving van de hersenen nabootsen om deze tumorcellen te vangen, wat deuren opent naar nieuwe therapeutische oplossingen voor agressieve hersenkanker.

Ons lichaam geneest zijn verwondingen door beschadigde cellen in wezen te vervangen door nieuwe cellen. De nieuwe cellen migreren vaak naar de plaats van verwonding, een proces dat bekend staat als celmigratie. Abnormale celmigratie kan echter ook het transport en de verspreiding van kankercellen in het lichaam vergemakkelijken. Glioblastoma multiforme (GBM) is zo’n voorbeeld van een zeer invasieve hersentumor die zich verspreidt via migratie van de tumorcellen. De frequentie waarmee dergelijke tumorcellen zich verspreiden en groeien, maakt conventionele methoden voor het verwijderen van tumoren ondoeltreffend. Bovendien zijn opties als radiotherapie en chemotherapie schadelijk voor gezonde cellen en veroorzaken ze bijwerkingen. Om verbeterde therapeutische strategieën te ontwikkelen, is een nauwkeurig begrip van het invasiemechanisme van GBM-cellen noodzakelijk.

Een alternatieve behandelingsstrategie die wordt overwogen, omvat het vangen van de migrerende tumorcellen. Het blijkt dat celmigratie wordt bepaald door de structuur en de oriëntatie van de extracellulaire matrix (ECM) – vezelachtige structuren die de cellen omringen. Door vergelijkbare structuren van gewenste geometrieën te construeren, is het daarom mogelijk om controle uit te oefenen over het migratieproces.

Nu, in een studie gepubliceerd in ACS toegepaste biomaterialen, hebben onderzoekers van de Universiteit van Fukui, Japan, een platform ontworpen op basis van nanovezels die lijken op de ECM om hun effect op GBM-cellen te onderzoeken. “We hebben een nanovezelplaat gefabriceerd waarin de vezeldichtheid geleidelijk verandert van begin tot eind met behulp van een techniek die ‘electrospinning’ wordt genoemd, en voerden een kweekexperiment uit met hersentumorcellen”, zegt Dr. Satoshi Fujita, die de studie leidde.

De onderzoekers zagen duidelijke verschillen in celbeweging in nanovezels van verschillende dichtheden. Ze ontdekten dat de dichtere vezels de vorming van focale adhesiesclusters in de cellen bevorderden, wat resulteerde in een langzamere celmigratie.

Door gebruik te maken van deze negatieve correlatie tussen celbeweging en vezeldichtheid, waren de onderzoekers in staat om de migratie van cellen te controleren en te sturen door een nanovezelvel te ontwerpen met stapsgewijs variërende dichtheden. Door de vezels in een configuratie van hoge naar lage dichtheid te rangschikken, waren ze in staat om de beweging van cellen te beperken, aangezien de meeste van hen werden gevangen in de zones met hoge dichtheid. Aan de andere kant had een configuratie van lage tot hoge dichtheid het tegenovergestelde effect en stimuleerde het migratie.

Bovendien merkten ze dat de openingen tussen de zones celmigratie belemmerden, waardoor cellen vast kwamen te zitten in de zones met hoge dichtheid. Deze eenrichtingsmigratie werd voor het eerst waargenomen en de onderzoekers noemden het cell trapping, naar vissen- en insectenvallen die ervoor zorgen dat hun prooi in één richting reist voordat ze hem vangen.

“De studie toont de haalbaarheid aan van het vastleggen van migrerende cellen met behulp van elektrospun nanovezels die de micro-omgeving van de hersenen nabootsen”, zegt Dr. Fujita.

Het team is enthousiast over de toekomstperspectieven van hun op nanovezels gebaseerde platform. “Het is beschikbaar voor het ontwerpen van steigermaterialen, die de basis vormen van regeneratieve geneeskunde, in combinatie met verschillende vezelverwerkingstechnologieën en materiaaloppervlaktebehandelingstechnologieën. Dit zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van praktische toepassingen van regeneratieve medicijnen”, zegt dr. Fujita. “Bovendien kan het worden gebruikt als verwerkingstechnologie voor kweekdragers voor een efficiënte productie van biologische geneesmiddelen, waaronder eiwitten, antilichamen en vaccins.”