مقالات

رفتار سلولهای سرطانی و تأثیر سیگنالهای مختلف بر آنها

اولین تحقیقات علمی در زمینه سرطان به سال ۱۷۷۵ بازمیگردد. هنگامی که سِر پِرسیوال پات  (Percivall Pott) در یک مطالعه اپیدمولوژی پیشنهاد کرد که عامل سرطان کیسه بیضه در افرادی که دودکش پاک میکنند،

دوده درون دودکش است. پیشنهاد پات به این عده به عنوان پیشگیری، شست و شوی مداوم و تعویض لباس هایشان بود. مطالعه او علاوه بر شناسایی یک عامل سرطانزا نشان داد که سرطان ممکن است سالها پس از تماس با عامل سرطان زا رخ دهد. مثال اصلی این نکته مزوتلیوما است که یک سرطان نادر ریه است، افرادی که با آزبست در تماس بوده اند سالها بعد به سرطان مبتلا میشوند.

تغییرات در راستای سرطانی شدن
اساس بیولوژی سرطان به عنوان تغییرات کوچکی محسوب میشود که مشابه با انقلاب درون سلول صورت میگیرد. تغییرات ژنتیکی که پتانسیل تأمین یک محیط مجزا برای تغییرات بیشتری که با شرایط محیط انتخاب شدهاند را فراهم میکند. برای مثال گسترش شبکه رگ درون بافت تومور برای رشد تومور ضروریست. همچنین رفتار سلولهای سرطانی تحت تأثیر سیگنالهای ملکولی است که از سیستم گردش خون (هورمونها و فاکتورهای رشد) و همچنین از سلولهای اطراف و ECM آنها به آنها میرسد. علاوه بر این، تغییرات در محیط خارج سلولی در بافت تومور (مانند غلظت کم اکسیژن) میتواند در بیان ژنها تغییر ایجاد کند که خود میتواند باعث رشد تومور با فنوتیپ تهاجمیتر شود.

مدل سازی ایجاد تومور
رفتارهای تهاجمی سلولهای سرطانی بر اثر انباشت جهش های متوالی به وجود میآید. بررسی های انسانی و مطالعات تجربی آزمایشگاهی نشان دادهاند که یک دوره پنهان (معمولاً دهه ها در انسان) بین در معرض مواد شیمیایی قرار گرفتن و پیدایش سرطان وجود دارد. این نکته باعث میشود که مدل سازی پروسه کارسینوژنی به ۳ مرحله تقسیمبندی شود :۱-پیدایش تومور، ۲- پیشرفت تومور، ۳- گسترش تومور.

تجمع جهش های ژنتیکی و ایجاد رفتارهای تهاجمی در سلولها پس ازچند نسل

طبقه بندی سرطان
سرطان ها بر اساس نوع سلولهای اولیهای که تومور را تشکیل میدهند دسته بندی میشوند. یکی از روشهای طبقه بندی تومورهای بدخیم یا سرطانی برحسب مبنای بافت جنینی آنها است که به شرح ذیل است.



کارسینوما
نوعی از سرطان است که از منشأ سلول های اپیتلیالی به وجود آمده است. کارسینوما هنگامی رخ میدهد که DNA سلول دچار جهش شود. کلمه کارسینوم که ریشهای یونانی دارد به معنای «خشن» است که خود از نام خرچنگ کارکینوز گرفته شده است. حدود ۹۰ درصد سرطانها از این دسته بوده که تومورهای تشکیل شده به صورت سفت بوده و منشأ آنها بافت اپتیلیوم اعضایی مانند پستان، ریه، روده، مری، معده و کلیه است.



لنفومها
سرطانهای سیستم لنفاوی شامل آن دسته از سرطانهایی است که سلول اولیه تشکیل آنها، از عملکرد غیرطبیعی غدد لنفاوی یا طحال نشأت میگیرد. تومورهای این نوع سرطان میتوانند در نقاط مختلف بدن تشکیل شوند.



لوسمیها
این دسته از سرطانها با درگیرکردن مغز استخوان در سیستم گردش خون نقش مهمی دارند و باعث تشکیل سلولهای غیرطبیعی در خون مانند گلبولهای سفیدِ غیرعادی میشوند.



سارکومها
تومورهایی که منشأ بافت همبندی بر پایه سلولهای مزانشیمی عضلات، استخوانها، اعصاب و سایر اعضا دارند و منجر به شکل گیری تومورهای سفت میشوند.



بلاستوما
توموری شبیه به بافت جنینی و نابالغ ایجاد میکند.



تشکیل عروق در بافت توموری
بافت توموری میتواند مواد تغذیه ای و اکسیژن کافی را از طریق انتشار ساده تا  محدوده ۱ تا ۲ میلیمتر جذب کند و از این نقطه به بعد نیازمند ایجاد رگهای تغذیه کننده جدید است. در طی فرآیندی که بسیار به رگزایی نرمال شباهت دارد،

یک تومور میتواند تشکیل رگهای جدید را از شبکه مویرگی موجود القا کند. بدین صورت که با افزایش اندازه تومور محیط سلولهای توموری هیپوکسیک و اسیدیک شده و شروع به افزایش تولید چندین نوع فاکتور رشد میکنند که در نتیجه آن تشکیل رگهای خونی موضعی آغاز میشود.



روشهای رگزایی در تومور
۱- رگزایی به روش جوانه زنی
رگزایی  یا شکل گیری مویرگهای جدید از رگهایی که وجود داشتهاند از مدتها قبل به عنوان مکانیزم اصلی رگزایی در طی مراحل تکوین طبیعی و سرطانها محسوب میشود. جوانه رگی به وسیله سلول راسی که دارای فیلی پودیاهای زیادی است بهسمت تحریک کننده های رگزایی هدایت میشود. در پی سلول راسی، سلولهایی با عنوان سلولهای ساقهای قرار دارند که تقسیم میشوند و باعث طویل شدن جوانه میشوند.

سلولهای راسی دوجوانه کناری میتوانند به یکدیگر بپیوندند و جوانه رگی بزرگتری تولید کنند. این روند بهوسیله ماکروفاژها میانجیگری میشود. سپس رگهای جدید تغییر مدل داده  و سلولهای دیواری رگها را تشکیل میدهد.



۲- رگزایی به روش  Vascular Co-Option
عبارت است ازنفوذ سلولهای سرطانی به بافتهای سالم؛ در طی این فرآیند، رگهای موجود به وسیله سلولهای سرطانی مهاجرت کرده به کار گرفته میشوند تا رگهای جدید ایجاد شود. این روند را میتوان بخشی از فرآیند تهاجم نیز به شمار آورد.


۳- رگ زایی بهروش Vascular Intussusception
شامل شکل گیری رگهای جدید به وسیله تهاجم سلولهای اندوتلیال، شکل گیری و تقسیم داخل لومنی آنها است. رگزایی داخلی اولین بار در تکوین رگهای فیزیولوژیکی شرح داده شد ولی اخیراً مشاهده شده است که در رگزایی توموری نیز دخالت دارد.

پیشنهاد میشود که رگزایی با واسطه جوانه زنی برای ایجاد سریعتر رگها به رگزایی داخلی تغییر مییابد. مکانیزم مولکولی این فرآیند هنوز روشن نیست.


۴- رگزایی تقلیدی
 شامل فرآیندی است که طی آن سلولهای سرطانی جایگزین سلولهای اندوتلیال میشوند و تولید لومن میکنند. این نیز شامل فرآیندی طبیعی در رگزایی نرمال است که در سرطانها نیز رخ میدهد.


۵- رگزایی به وسیله عوامل سلولی مشتق شده از مغز استخوان
Bone Marrow-Derived Vasculogenesis
شامل به کارگیری سلولهای پیشساز اندوتلیالی با منشأ مغز استخوان در گردش خون و تجمع آنها به صورت رگهای خونی است. مطالعات با استفاده از سلولهای مغز استخوان که با پروتئین سبز فلوروسنت نشانه گذاری شده بودند نشان داد که کمتر از یک درصد سلولهای اندوتلیالی دیواره عروق از این سلولها تشکیل میشوند.

برخی از مطالعات نیز نشان میدهد که این سلولها با سلولهای اندوتلیال دیواره عروقی یکپارچه نمیشوند و فقط در اطراف آنها در فضای دور عروقی باقی میمانند. بنابراین پیشنهاد شده است که سلول ها با منشأ مغز استخوان به صورت پاراکرین  رگزایی را حمایت میکند.

۶- سلولهای شبه بنیادی سرطانی ایجادکننده عروق
Cancer Stem-Like Cell Derived Vasculogenesis
در سال ۲۰۱۰ تمایز سلولها شبهبنیادی به سلولهای اندوتلیال را در محیط برونتنی گزارش کردند. بنابراین میتوان عنوان کرد که سلولهای بنیادی سرطانی با اتحاد با دیواره رگهای موجود و تمایز به سلولهای اندوتلیالی میتوانند در رگزایی در تومور شرکت داشته باشد.
 رشد و متاستاز تومور به تشکیل رگهای خونی جدید بستگی دارد.

بیشتر تومورها در انسان بدون تولید رگهای جدید برای ماه ها و سالها خاموش میمانند. در این مرحله یعنی مرحله پیش رگزایی ابعاد تومور به ندرت به بیشتر از ۲ تا ۳ میلیمتر مکعب میرسد. بدون رشد رگهای عملکردی، سرعت تکثیر سلولهای توموری با مقدار مرگ آنها برابر است تعویض وضعیت تومور به سمت فنوتیپ رگزایی با تغییر در تعادل موضعی بین تنظیم کننده های مثبت و منفی رشد میکرووزلها آغاز میشود.

سلولهای توموری ممکن است یک یا چند فاکتور رشد رگزایی را بیشازحد بیان کنند یا اینکه پروتئینهای رگزایی مترشحه از سلولهای ماتریکس خارج سلولی میزبان را (مانند ماکروفاژها) به کار گیرند. افزایش بیان فاکتورهای رشد به تنهایی برای رگزایی شدن سلولهای تومورها کافی نیست بلکه مهارکننده ها درونزاد رگزا که اندوتلیوم را از اثر عوامل تحریککننده میتوز حفظ میکند نیز باید کاهش یابند.

مطالعات بعدی نشان داد که رشد رگهای خونی نه تنها برای رشد تومور بلکه برای متاستاز آن نیز ضرورت دارد از جمله افزایش بیان (Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF که منجر به ایجاد رگهای خونی میشود باعث متاستاز سلولهای توموری  میگردد. تومورهای بدخیم دارای عروق زیاد و رشد سریع هستند. گسترش سیستم عروقی، احتمال تهاجم سلولهای توموری را از طریق واردشدن به جریان خون و انتشار به اندامهای دیگر افزایش میدهد.


رگزایی در تومور با میانجیگری مولکولهای مختلف القا میشود. برخی از فاکتورهای رشد همچون VEGF برای سلولهای اندوتلیال بسیار اختصاصی هستند درحالیکه برخی دیگر از جمله (Basic Fibroblast  Growth Factor (bFGF و (MMPs (Matrix Metalloproteinase محدوده عملکردی وسیعتری دارند. فاکتورهای فعالکننده میتوانند به وسیله سلولهای توموری، بافتهای احاطه کننده آنها یا به وسیله مارکروفاژها و فیبروبلاستهای واردشده به بافت ترشح شوند.



تاثیرات کنام
اخیراً یک جذابیت رو به افزایش در تأثیر اگزوزومها در سرطان و در کاربرد آنها به عنوان یک بیومارکر ایجاد شده است. درحالیکه اهمیت میکرو محیط برای به وجود آمدن سرطان و توسعه آن وجود دارد. کشت تکلایه سلولهای سرطانی درحالحاضر به عنوان منبع اصلی اگزوزوم ها در محیط آزمایشگاهی است.

اگزوزومها غشاهای کوچکی بهصورت وزیکول هستند که به محیط ECM و جریان خون ریخته میشوند. شامل ملکولهای ویژه سلولی هستند مانند پروتئینها، mRNA, miRNA, DNA به همین منوال اگزوزوم ها به عنوان یک بیومارکر برای تشخیص کاربرد پیدا کردهاند. همچنین اگزوزوم های مشتق از تومور نشان داده شده است که ملکول های زیستفعال را به محیط خود منتقل کرده و موجب آمادهسازی محیط برای رشد آنها میشوند.


جذابیت در فهم چگونگی تأثیر اگزوزومها بر محیط، پس از کشف نقش آنها در کنام پیش از متاستاز در ریه و کبد است. دانش ما در رابطه با نقش مفروض میکرو محیط بر اگزوزومهای تومور محدود است و دلیل آن نیز عدم وجود مدل تجربی است که بهصورت مطلوب امکان شبیه سازی محیط طبیعی بدن را داشته باشد.

عدم حضور اندر کنشهای فیزیولوژیک سلول با سلول و سلول با ماتریکس و صفحات مورد استفاده غیر فیزیولوژیک موجب ناهمخوانی از شرایط In vivo میشود و باعث تغییر در مورفولوژی تکثیر و پروسههای سلولی مانند اندوسیتوز و اگزوسیتوز میشود. با این حال همچنان سوپرناتان بهدست آمده از ظروف کشت اصلیترین منبع اگزوزومهای به دست آمده از تومورها هستند. بدینگونه که تأثیر میکرو محیط بر سلولها ناشناخته میماند.

زیست مهندسی بدین گونه فضای خالی میان نمونه های تکلایه آزمایشگاهی و مطالعات حیوانی را پر میکند و میتواند نشان دهد که چگونه محیط بر رفتار سلولهای سرطانی تأثیر بگذارد.


در این مطالعه یک مدلِ مهندسی بافت شده برای مطالعه اگزوزومهای تومور طراحی میشود تا شرایط محیطی طبیعی تومور را شبیهسازی کند. به عنوان یک نمونه مرتبط، یووینگ سارکوما انتخاب شده است که تومور سخت و جامدی است و رفتار بیولوژیکی تهاجمی را از خود نشان میدهند که هم بزرگسالان و هم کودکان را درگیر میکند. این ضایعه به طور معمول متاستاز داده و به سختی قابل تشخیص است.


سلولهای یووینگ سارکوما مشتق شده از سلولهای مزانشیمی هستند. یکی از مارکر های این سلولها EZH2 است که حضور آنها در سلولهای یووینگ سارکوما گزارش نشده بوده است. هدف از این پژوهش مشخص کردن تأثیر میکرو محیط بر اگزوزومهای به دست آمده از سلولهای ES و تأثیر این اگزوزوم ها بر تکثیر سلول های محیط استخوان است.

به همین منوال سلولهای ES درون داربست سه بعدی طراحی شده برای بازسازی محیط بیولوژیک و مکانیکی ES کشت داده شده اند. به همین جهت توزیع اندازه ذره اگزوزومها مورد بررسی قرار گرفته و همچنین mRNA EZH2 موجود در اگزوزوم پلاسمای خون بیماران مبتلا به این بیماری با اگزوزومهای حاصله از محیطهای کشت دوبعدی و انواع کشت داده شده در داربست مورد مقایسه قرار گرفته اند و همچنین تأثیر این انواع مختلف اگزوزوم بر سلولهای مزانشیمی، استئوبلاست و استئوکلاست بررسی شده اند.

نمونه های مورد بررسی شامل ظرف کشت بدون پوشش، ظرف کشت با پوشش مشابه ECM طبیعی و داربست مهندسی بافت

تومور ES که در کودکان شایع است سرشار از کلاژن و هیالورونیک اسید است که مدول الاستیک در حدود ۲ کیلو پاسکال دارد.
برای مدلسازی از داربست سه بعدی با مدل و ترکیب مشابه با بافت طبیعی سنتز گردیده است. همچنین ترکیبات مشابه با ECM  بر روی صفحات کشت دوبعدی پوشانده شده اند تا سلولهای ES بر روی آنها قرار گیرند و محیط طبیعی آنها از نظر شیمیایی مشابه سازی شود.


ابعاد اگزوزوم های از مدیا محیط نمونه مهندسی بافت شده و نمونه های کشت داده شده در محیطهای متفاوت سطوح کشت آنالیزشده و توزیع اندازه ذرات آنها مشخص میشود. اگزوزوم هایی که از پلاسمای خون بیمار جدا شده بودند، به طور قابل ملاحظه ای از آنهایی که از ظروف کشت تکلایه به دست آمدهاند، کوچکتر هستند.

همچنین اگزوزوم هایی که از داربست مهندسی بافت بهدست آمده بوند به نوعی از نمونه های به دست آمده از پلاسمای خون بیمار غیر قابل تمایز هستند. این نتایج مشخص میکند که ساختار سه بعدی داربست مهندسی بافت تعیین کننده اصلی در اندازه اگزوزوم ها است.

در مقام مقایسه به عنوان نمونه شاهد از یک ظرف کشت عادی از جنس پلی پروپیلن و همچنین ظروف پوشش داده شده با Col1 و HA با وزن ملکولی های متفاوت استفاده شده است.

نمودارهای توزیع اندازه ذرات
نمودارهای توزیع اندازه ذرات نشان میدهند که نمونه های مهندسی بافت بسیار به نمونه های منتج شده از پلاسمای خون نزدیک هستند. بر اساس شواهد به دست آمده، میتوان این فرضیه را مطرح کرد که ابعاد اگزوزومها تنها متغیر کنترل شده توسط میکرومحیط نبوده و محتویات این اگزوزومها نیز مورد بررسی است.

برای بررسی این موضوع، mRNA های موجود در اگزوزومها با محوریت HEZ2 که مهمترین واسطه رشد تومور یووینگ سارکوما است، مورد بررسی قرار گرفته است. میزان موجود این mRNA در اگزوزومهای خروجی از بافت سالم و بافت تومور یووینگ سارکوما بررسی شده است. اختلاف سطح واضح بین این نوع mRNA در اگزوزومهای خروجی از تومور مبین امکان استفاده از EZH2 mRNA به عنوان مارکر برای این نوع تومور است.

اختلاف سطح مارکر EZH2 mRNA در بیماران ES و فرد سالم

حضور EZH2 در بافت زنده در تومور ES موجب به همریختگی فنوتیپ شده و همچنین بر روی سلولهای مزانشیم نیز تأثیر میگذارند. همچنین در این پژوهش تأثیر این اگزوزومها بر سلولهایی که به صورت طبیعی در بافت استخوان حضور دارند نیز مورد بررسی قرار گرفته است. برای شناخت این اگزوزومها از مارکرهای فلوئورسنت سبز رنگ استفاده شده است. اگزوزومهای به دست آمده از داربست مهندسی بافت در مجاورت سلولهای محیط استخوان از جمله سلولهای مزانشیمی، استئوبلاست و استئوکلاست قرار گرفتند و محیط انکوباسیون برای آنها فراهم شد. پس از دوازده ساعت، افزایش چشمگیری در میزان mRNA EZH2 در سلولهای مزانشیم صورت پذیرفت. این جذب اگزوزوم تاثیری بر سلولهای استئوبلاس نداشته و باعث افزایش فعالیت سلولهای مزانشیمی شده است. نکته جالب توجه کاهش فعالیت سلولهای استئوکلاست در مجاورت این اگزوزومها بوده است.

نتیجه گیری
اگزوزوم های نمونه مهندسی بافت شده چه از نظر توزیع اندازه ذرات و چه تأثیر محتویات آنها بر سلول های دیگر، مشابهت قابل قبولی با نمونه های مشتق از پلاسمای خونه بیمار داشتند نکتهای که در نمونه های کشت داده شده بر روی تکلایه قابل مشاهده نیست.


در سالهای  ذشته پیشرفت های مهمی در توسعه مدلهای سه بعدی آزمایشگاهی صورت پذیرفته است. یک داربست مهندسی بافت شده را میتوان به نوعی یک نمونه ساده شده از شرایط بیولوژیک دقیق بافت مورد مطالعه به حساب آورد. در ارگانهایی که چند نوع سلول حضور دارند، سلولهای بافت در یک ساختار سه بعدی بسیار منظم بوده و با ECM احاطه شدهاند.


تومورها نیز ساختاری مشابه با اعضای بدن دارند و ترکیب شیمیایی و سفتی ECM آنها نقش اساسی در توسعه آنها دارند. عجیب نیست که سیگنالهای میکرو محیط در تعیین ابعاد اگزوزوم های یافت شده در بافت تومور طبیعی مهم باشند.

درحالیکه نه سه بعدی بودن صرف و نه جنس محیط (جنس پلیمرهای Coat شده برروی ظروف کشت تکلایه) موجب مشابه شدن سایز اگزوزومها به نمونه های گرفته شده از پلاسمای خون بیماران نمیشود.

همچنین یافت شد که mRNA EZH2 ترشحشده از داربست مهندسی بافت در سطحی بالاتر از اگزوزومهای خروجی از ظروف کشت تکلایه است. این اگزوزوم های خروجی از بافت تومور بر سلولهای مجاور خود تأثیر گذاشته و مسیر را برای رشد تهاجمی خود هموارتر میکنند.

منابع مقاله

[۱] Dudley A, Cloer E, Melero-Martin J. The Role of Bone Marrow-Derived Progenitor Cells in Tumor Growth and Angiogenesis. Stem Cells and Cancer Stem Cells, 2012; 8: 45-54.
[2] Pasquet M, Golzio M, Mery E, Rafii A,  et al. Hospicells (ascites-derived stromal cells) promote tumorigenicity and angiogenesis. International Journal of Cancer. 2010; 126(9): 2090–۲۱۰۱٫
[۳] White, K.A., Grillo-Hill, B.K. and Barber, D.L., 2017. Cancer cell behaviors mediated by dysregulated pH dynamics at a glance. J Cell Sci, 130(4), pp.663-669.
[4] Zhou, S.F., Gopalakrishnan, S., Xu, Y.H., To, S.K., Wong, A.S., Pang, S.W. and Lam, Y.W., 2017. Substrates with patterned topography reveal metastasis of human cancer cells. Biomedical Materials, 12(5), p.055001.

برچسب ها
نمایش بیشتر

نوشته های مشابه

دکمه بازگشت به بالا
ut sit odio accumsan risus. ultricies felis vulputate,
بستن
بستن

adblock را غیر فعال کنید

سیستم زوم طب روشی را برای دور زدن تبلیغات در سیستم شما یافته است جهت حمایت از ما از استفاده از آن صرف نطر کنید