Rak piersi jest najczęściej diagnozowanym nowotworem u kobiet i drugą najczęstszą przyczyną zgonów związanych z rakiem1. Wysoka śmiertelność raka piersi wynika głównie z niepowodzenia konwencjonalnej terapii w łagodzeniu i eliminowaniu choroby przerzutowej; Około 90% zgonów związanych z rakiem jest spowodowanych przerzutami2. Zrozumienie mechanizmów molekularnych leżących u podstaw kaskady przerzutowej ma zasadnicze znaczenie dla opracowania skutecznych metod leczenia zarówno we wczesnym, jak i późnym stadium raka piersi.
Wcześniejsze badania pomogły wyjaśnić wieloetapową naturę przerzutów raka piersi i przypuszcza się, że wynik zarówno progresji raka, jak i przerzutów jest w dużej mierze zależny od interakcji między komórkami rakowymi a środowiskiem gospodarza3. Obserwacje kliniczne wskazują, że wiele nowotworów wykazuje tropizm narządowy, czyli skłonność do preferencyjnych przerzutów do określonych narządów. W przypadku raka piersi choroba pacjentki zwykle rozprzestrzenia się lub daje przerzuty do 5 głównych miejsc, w tym do kości, płuc, węzłów chłonnych, wątroby i mózgu4-6. Opracowano wiele teorii wyjaśniających ten proces, ale tylko kilka przetrwało próbę czasu. Teoria przerzutów Ewinga, zaproponowana w latach dwudziestych XX wieku, stawiała hipotezę, że rozkład przerzutów był ściśle spowodowany czynnikami mechanicznymi; w wyniku czego komórki nowotworowe są przenoszone po całym ciele przez normalnie zdefiniowane fizjologiczne wzorce przepływu krwi i po prostu zatrzymują się wpierwszym łożysku naczyń włosowatych, z którymi się zetkną7. W przeciwieństwie do tego, hipoteza Stephena Pageta z 1889 roku "ziarno i gleba" sugerowała, że dodatkowe interakcje molekularne są odpowiedzialne za przetrwanie i wzrost przerzutów, przy czym komórki rakowe ("nasiona") mogą się osiedlić i namnażać tylko w mikrośrodowiskach narządowych, które wytwarzają odpowiednie czynniki molekularne ("gleba")8. Prawie sto lat później Leonard Weiss podjął metaanalizę wcześniej opublikowanych danych z autopsji i potwierdził przewidywania Ewinga, że wiele guzów przerzutowych wykrytych w czasie autopsji stwierdzono w przewidywanych proporcjach, których można by się spodziewać, gdyby tropizm narządów przerzutowych był determinowany wyłącznie przez wzorce przepływu krwi. Jednak w wielu przypadkach w niektórych miejscach powstało mniej lub więcej przerzutów, niż można by się spodziewać po proponowanych przez Ewinga czynnikach mechanicznych9. Te opisy i teorie sugerują, że określone mikrośrodowiska narządowe odgrywają kluczową rolę we wzorcach rozprzestrzeniania się, a następnie wzroście i przeżywalności wielu nowotworów, w tym raka piersi.
Wcześniejsze wysiłki badawcze koncentrowały się głównie na czynnikach pochodnych komórek nowotworowych i ich udziale w tropizmie narządów obserwowanym w przerzutach raka piersi10-12, jednak niewiele badań dotyczyło czynników pochodzących z mikrośrodowiska narządu, które mogłyby stanowić korzystną niszę dla tworzenia przerzutów raka piersi. Jest to w dużej mierze związane z wyzwaniami technicznymi związanymi z badaniem składników mikrośrodowiska narządów in vitro.
Obecny artykuł opisuje kompleksowy system modelowy ex vivo do badania wpływu rozpuszczalnych składników węzłów chłonnych, kości, płuc i mózgu na przerzutowe zachowanie ludzkich komórek raka piersi. Wcześniejsze badania potwierdziły ten system modelowy, wykazując, że różne linie komórkowe raka piersi wykazują złośliwe zachowanie specyficzne dla linii komórkowej i narządu w odpowiedzi na pożywki kondycjonowane przez narządy, które odpowiadająich potencjałowi przerzutowemu in vivo. Ten system modelowy może być wykorzystany do identyfikacji i oceny określonych rozpuszczalnych czynników pochodzących z narządów, które mogą odgrywać rolę w przerzutowym zachowaniu komórek piersi i innych typów komórek rakowych, w tym wpływu na wzrost, migrację, zachowanie podobne do łodygi i ekspresję genów, a także identyfikacji potencjalnych nowych celów terapeutycznych dla raka. Jest to pierwszy system modelowy ex vivo, który można wykorzystać do szczegółowego badania specyficznych dla narządów zachowań przerzutowych oraz do oceny roli rozpuszczalnych czynników pochodzących z narządów w napędzaniu procesu przerzutów nowotworowych.