Способность опухолевых клеток к метастазированию является одним из ключевых критериев злокачественности неоплазий. Важную роль при миграции опухолевых клеток играет внеклеточный матрикс, являющийся основным компонентом опухолевого микроокружения. Разнообразие молекулярного состава матрикса обеспечивает специфические структурные и биомеханические характеристики различных биологических тканей. Активное взаимодействие опухолевых клеток с таким микроокружением может приводить к соответствующим адаптивным морфологическим и фенотипическим модификациям. Модель роста раковых клеток во внеклеточном матриксе позволяет сымитировать многие характеристики опухолевого микроокружения. Для получения такой модели из биологических тканей удаляются исходно заселяющие их нормальные клетки (метод децеллюляризации). В дальнейшем полученные данной методикой децеллюляризированные (ДЦЛ) матриксы подвергаются заселению опухолевыми клетками (рецеллюляризации).

Целью работы являлось определение влияния структурных особенностей ДЦЛ матриксов биологических тканей мыши (легкого, печени, селезенки, почки и яичника) на морфологию и скорость пролиферации репопуляризированных опухолевых клеток аденокарциномы яичника человека линии SKOV-3.

Для получения ДЦЛ матриксов фрагменты органов выдерживались в растворах детергентов на основе фосфатного буфера (PBS; рН = 7,4) в следующей последовательности: 0,5% Triton X-100, 0,5% додецилсульфат натрия (SDS), 1% дезоксихолат натрия (SDC) и 0,075% SDS. Насыщение матриксов питательными веществами перед репопуляцией обеспечивалось выдержкой образцов в среде DMEM с добавлением 30% телячьей сыворотки.

Исследование особенностей структуры ДЦЛ матриксов проводилось с помощью электронного сканирующего микроскопа Hitachi TM 4000 Plus.

Рецеллюляризация клеток SKOV-3 в ДЦЛ матриксы проводилась при помощи инъекций клеточной суспензии в количестве 3×10⁵ клеток на матрикс. Заселенность матриксов клетками и их морфология анализировались на седьмой день рецеллюляризации путем гистологического исследования с окрашиванием гематоксилином и эозином.

По результатам данной работы были получены ДЦЛ матриксы с различными физическими свойствами. Выявленными отличительными параметрами в их архитектонике были компактизация матриксных волокон и размер матриксных пор. ДЦЛ матриксы были успешно рецеллюляризированы опухолевыми клетками SKOV-3, при этом плотность их заселения и морфологические характеристики клеток в разных матриксах отличались, а также наблюдалась их орган-специфическая локализация в сохранившихся структурах ткани. Анализ полученных данных позволил выявить следующую корреляцию: псевдоэпителиальный низкоинвазивный морфотип клеток наблюдался при росте в матриксах с высоким уровнем компактизации волокон и небольшим размером матриксных пор (≤ 5 мкм²), что характерно для ДЦЛ матриксов тканей селезенки и яичника. Изменение морфотипа на высокоинвазивный мезенхимальный наблюдался у клеток, растущих в ДЦЛ матриксах с невысокой плотностью упаковки матриксных волокон и крупными порами (10-30 мкм²), что характерно для матриксов легких, печени и почек. В этих же органах наблюдалась наибольшее количество опухолевых клеток через неделю после рецеллюляризации. Таким образом, опухолевые клетки исследуемой линии при росте в матриксах с менее плотной структурой демонстрируют более высокие пролиферацию и инвазивный потенциал. Мы предполагаем, что такие особенности архитектоники внеклеточного матрикса, как большой размер пор и рыхлая упаковка матриксных волокон, могут рассматриваться как факторы, способствующие формированию вторичных опухолевых очагов.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 21-74-10058) и Минобрнауки России (Соглашение № 075-15-2022-293).

The ability of tumor cells to metastasize is one of the key criteria for the malignancy of neoplasia. An important role in the migration of tumor cells is played by the extracellular matrix, which is the main component of the tumor microenvironment. The diversity of the molecular composition of the matrix provides specific structural and biomechanical characteristics of various biological tissues. Active interaction of tumor cells with such a microenvironment can lead to appropriate adaptive morphological and phenotypic modifications. The model of cancer cell growth in the extracellular matrix allows simulating many characteristics of the tumor microenvironment. To obtain such a model, normal cells which are originally populating them are removed from biological tissues (decellularization method). Subsequently, the decellularized (DCL) matrices obtained by this method are subjected to colonization by tumor cells (recellularization).

The aim of the work was to determine the effect of the structural features of DCL matrices of mouse biological tissues (lung, liver, spleen, kidney, and ovary) on the morphology and proliferation rate of repopularized SKOV-3 human ovarian adenocarcinoma tumor cells.

To obtain DCL matrices, organ fragments were kept in detergent solutions based on phosphate buffer (PBS; pH = 7.4) in the following sequence: 0.5% Triton X-100, 0.5% sodium dodecyl sulfate (SDS), 1% sodium deoxycholate (SDC) and 0.075% SDS. Saturation of matrices with nutrients before repopulation was ensured by keeping the samples in DMEM medium with the addition of 30% calf serum.

The structural features of DCL matrices were studied using a Hitachi TM 4000 Plus scanning electron microscope.

Recellularization of SKOV-3 cells in DCL matrix was carried out by injection of cell suspension in the amount of 3×10⁵ cells per matrix. Matrix cell occupancy and morphology were analyzed on the seventh day of recellularization by histological examination with hematoxylin and eosin staining.

Based on the results of this work, DCL matrices with different physical properties were obtained. Identified distinctive parameters in their architectonics were the compaction of matrix fibers and the size of matrix pores. DCL matrices were successfully recellularized with SKOV-3 tumor cells, while their population density and morphological characteristics of cells in different matrices differed, and their organ-specific localization in the preserved tissue structures was also observed. Analysis of the obtained data revealed the following correlation: a pseudoepithelial low-invasive cell morphotype was observed during growth in matrices with a high level of fiber compaction and a small matrix pore size (≤ 5 μm²), which is typical for DCL of spleen and ovarian tissue matrices. A change in the morphotype to a highly invasive mesenchymal morphotype was observed in cells growing in DCL matrices with a low packing density of matrix fibers and large pores (10–30 μm²), which is typical for lung, liver, and kidney matrices. In the same organs, the largest number of tumor cells was observed a week after recellularization. Thus, tumor cells of the studied line, when growing in matrices with a less dense structure, demonstrate higher proliferation and invasive potential. We suggest that such features of the extracellular matrix architectonics as a large pore size and loose packing of matrix fibers can be considered as factors contributing to the formation of secondary tumor foci.

This work was financially supported by the Russian Science Foundation (project № 21-74-10058) and the Russian Ministry of Education and Science (Agreement № 075-15-2022-293).