Rola produktywnych wzajemnych interakcji między komórkami nowotworowymi a mikrośrodowiskiem guza w progresji guza została dobrze ugruntowana i stała się głównym przedmiotem badań w biologii nowotworów1. Podobne przypadki sygnalizacji dwukierunkowej mają kluczowe znaczenie podczas gojenia się ran, odpowiedzi immunologicznej, angiogenezy, nisz komórek macierzystych oraz podczas rozwoju2,3,4,5,6,7,8. Wspólnym motywem wszystkich tych procesów biologicznych jest to, że komórki reagują na różne sposoby na zewnątrzkomórkowe sygnały z ich mikrośrodowiska, które determinują los komórki, fizjologię tkanek i postęp choroby. W związku z tym coraz bardziej skupiamy się na lepszym zrozumieniu mechanizmów zaangażowanych w taką komunikację między komórkami. Większość takich interakcji obejmuje sygnalizację parakrynną lub juktakrynową między komórkami. Sygnalizacja parakrynna polega na wydzielaniu określonych czynników sygnałowych przez jedną komórkę, które są odbierane przez odpowiednie receptory na innej komórce w pobliżu, wywołując w niej odpowiedź9,10, podczas gdy sygnalizacja juxtacrine wymaga bezpośredniego kontaktu między składnikami komórkowymi dwóch zaangażowanych komórek11,12.
Taka sygnalizacja jest kluczowym elementem homeostazy tkanek, jak również mikrośrodowiska guza. Komórki nowotworowe czerpią korzyści z czynników parakrynnych i jukstakrynowych z komórek zrębu guza, w tym fibroblastów związanych z rakiem (CAF), komórek odpornościowych i adipocytów13,14,15,16. Sygnalizacja parakrynna może być pośredniczona przez czynniki wzrostu, cytokiny, chemokiny itp., Podczas gdy sygnalizacja przyklatakrylowa obejmuje zestawione ligandy i receptory, jak w sygnalizacji Notch, lub interakcje między integrynami i ich odpowiednimi białkami macierzy zewnątrzkomórkowej. Wykazaliśmy znaczenie wzajemnych interakcji między komórkami raka jajnika a CAF w progresji guza i przerzutach14. Podobnie, interakcje komórek raka jajnika z przerzutami z komórkami międzybłonka pokrywającymi miejsce przerzutów regulują kluczowe mikroRNA i czynniki transkrypcyjne w komórkach nowotworowych, które sprzyjają kolonizacji przerzutowej17,18.
Większość badań nad sygnalizacją parakrynną polega na użyciu kondycjonowanego podłoża pobranego z jednego typu komórki do leczenia drugiego typu komórek. Chociaż podejście to jest szeroko stosowane, nie replikuje ono skutecznie zlokalizowanych poziomów wysokiego stężenia wydzielanego czynnika w mikrośrodowisku komórki odbiorczej. Nie odtwarza również kinetyki ciągłego przepływu wydzielanego czynnika wytwarzanego przez jedną komórkę i odbieranego przez sąsiednią komórkę. Sygnalizacja parakrynna jest skuteczna na krótkich dystansach, ponieważ wydzielane czynniki mają wymagane stężenia tylko w pobliżu komórki źródłowej i mają tendencję do dyfuzji i rozcieńczania się wraz ze wzrostem odległości. To zlokalizowane wysokie stężenie wydzielanego czynnika jest niezbędne do wywołania odpowiedzi w komórce receptorowej. Co więcej, odpowiedź w komórkach biorcy zależy również od równowagi nowo wydzielanych czynników i ich ciągłego wyczerpywania się poprzez degradację, wiązanie i internalizację w komórkach biorcy oraz dyfuzję z dala od komórki źródłowej. Kondycjonowane podłoże można stężyć, aby uwzględnić wyższe miejscowe stężenia obecne w mikrośrodowisku, ale nie można dokładnie odtworzyć dokładnych stężeń. Co więcej, nie może naśladować naturalnej kinetyki produkcji i wyczerpywania się danego czynnika. Aby dokładniej odtworzyć sygnalizację parakrynną i oddzielić ją od mechanizmów sygnalizacji przybuksztynowej, opracowaliśmy nową metodę hodowli proksymalnej, która polega na hodowaniu dwóch typów komórek na obu powierzchniach porowatej błony. Pory są na tyle małe, że zapobiegają interakcjom z przykustaryną, a jednocześnie umożliwiają wymianę wydzielanych czynników w miejscowo wysokich stężeniach. W ten sposób system ten zachowuje kinetykę produkcji i zubożenia czynników parakrynnych.