Una nuova piattaforma integrata di microscopia fotonica permette di osservare in laboratorio, in tempo reale, come le cellule tumorali rispondono agli stimoli meccanici che ne influenzano l’invasività, la formazione di metastasi e la risposta ai farmaci.
La tecnologia ottica è stata sviluppata da un gruppo interdisciplinare dell’Istituto Airc di Oncologia molecolare Ets (Ifom) di Milano, dell’Università Statale di Milano e dell’Università degli studi di Perugia, del Cnrs-Institut Curie di Parigi e dell’Istituto Officina dei materiali del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Iom) di Perugia.
La piattaforma
La piattaforma, descritta su Advanced Science, permette di misurare insieme le proprietà meccaniche e le risposte biochimiche in sferoidi di cellule di tumore del seno, strutture tridimensionali microscopiche che imitano in laboratorio l’organizzazione e le interazioni dei tessuti tumorali.
Gli esperimenti hanno mostrato che deformazioni cicliche attivano rapidamente il gene dello stress ATF3 e inducono comportamenti cellulari più invasivi. La tecnologia offre nuovi strumenti per comprendere i meccanismi alla base della progressione tumorale e, in prospettiva, per intervenire su di essi.
Comprendere come le cellule tumorali percepiscono e trasformano gli stimoli meccanici è una delle frontiere più promettenti dell’oncologia moderna. È ormai chiaro che le forze fisiche nei tessuti non costituiscono solo lo sfondo in cui i tumori crescono, ma ne influenzano direttamente la crescita, l’invasività, la formazione di metastasi e la risposta ai farmaci.
Studiare questi processi mentre avvengono, in tempo reale e senza alterare le cellule, è però estremamente difficile. Fino a poco tempo fa gli strumenti disponibili consentivano solo osservazioni parziali e non simultanee: o si misuravano gli aspetti meccanici o quelli biochimici, spesso in condizioni semplificate e lontane dalla complessità dei tessuti dell’organismo umano.
Il sistema messo a punto dal gruppo interdisciplinare di ricerca consente di superare questi ostacoli, misurando simultaneamente le proprietà meccaniche e le risposte biochimiche delle cellule tumorali in sistemi tridimensionali complessi come gli sferoidi umani. Questi ultimi sono masse cellulari microscopiche tridimensionali con cui è possibile riprodurre in laboratorio l’architettura e le interazioni dei tessuti tumorali.
Un passo avanti per la ricerca sui tumori
“Per la ricerca sul cancro questo progresso è fondamentale”, sottolinea Silvia Caponi, fisica del Cnr-Iom di Perugia. “La piattaforma fotonica funziona come un film con immagine e audio sincronizzati, combinando allo stesso tempo ciò che le cellule ‘sentono’ in termini di forze fisiche, come rigidità e deformazione, con il monitoraggio delle loro risposte, tra cui le variazioni di durezza e le risposte molecolari”, aggiunge l’esperta.
“Questa tecnologia apre una nuova prospettiva per lo studio dei tumori in sistemi tridimensionali come gli sferoidi tumorali”, conclude Giorgio Scita, direttore del laboratorio Meccanismi di migrazione delle cellule tumorali di Ifom Ets. “È un approccio completamente ottico, non invasivo e compatibile con i modelli biologici avanzati utilizzati in meccanobiologia: un importante passo avanti per comprendere i processi che guidano la progressione tumorale e in futuro per poter agire su di essi”.