Contractile forces during cancer cell migration in a 3-D connective tissue matrix
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die wichtigste Zielsetzung des Projekts – die 3-D Kraftrekonstruktion bei Tumorzellen während ihrer Migration bzw. Invasion durch ein 3-dimensionales Biopolymernetzwerk aus Proteinen der extrazellulären Matrix – konnte vollumfänglich erreicht werden. Eine wichtige Voraussetzung für dieses Ziel war die genaue Charakterisierung der strukturellen und mechanischen Eigenschaften von Biopolymernetzwerken sowie das 3-dimensionale Tracking lebender Zellen über längere Zeiträume. Die Hypothese, dass ausreichend hohe Kräfte eine Voraussetzung zur Migration durch eine dichte Bindegewebsmatrix sind, konnten wir bestätigen. Die Hypothese, dass invasivere Tumorzellen auch höhere Kräfte ausüben, hat sich jedoch nicht bestätigt. Vielmehr war die Anisotropie der Traktionskräfte maßgeblich für eine effiziente Migration verantwortlich. Weiterhin konnten wir bestätigen, dass strukturelle und mechanische Eigenschaften der porösen 3-D Matrix das Invasionsverhalten von Tumorzellen entscheidend beeinflussen. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass eine steifere Matrix nur bei genügend kleiner Porengroße die Migration behindert; bei Porengroßen von mehr als 3 µm führt eine steifere Matrix zu einer effizienteren Migration. Für das Ziel, die Migration von Tumorzellen in vivo mit Hilfe von MRT Bildgebung zu verfolgen, haben wir wesentliche Grundlagen geleistet. In einer ersten Studie haben wir demonstriert, dass die Migration von Tumorzellen, die mit magnetischen Nanopartikeln markiert wurden, über mehrere Wochen hinweg beobachtet werden kann. Mit diesen Ergebnissen sind die Voraussetzungen geschaffen worden, beispielsweise die Invasion von Tumorzellen aus Patienten-Biopsien in einer physiologisch relevanten und organspezifischen 3-D Umgebung genau zu charakterisieren. Dies wäre ein wichtiger Schritt für eine akkurate Prognose des Metastasierungspotentials von Tumorzellen und möglicherweise für eine patientenspezifische Tumortherapie.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Integrin {alpha}5{beta}1 facilitates cancer cell invasion through enhanced contractile forces. J Cell Sci, 2010. 124(Pt 3): p. 369-83
Mierke, C.T., et al.
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Pulling it together in three dimensions. Nat Methods, 2010. 7(12): p. 963-5
Trepat, X., B. Fabry, and J.J. Fredberg
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Vinculin facilitates cell invasion into three-dimensional collagen matrices. J Biol Chem, 2010. 285(17): p. 13121-30
Mierke, C.T., et al.
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Poresizes in random line networks
Claus Metzner, Patrick Krauss and Ben Fabry
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Parameter-Free Binarization and Skeletonization of Fiber Networks from Confocal Image Stacks. PLoS ONE, 2012. 7(5): p. e36575 pp.1-8
Krauss, P., et al.
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3D Traction Forces in Cancer Cell Invasion. PloS One, 2012. 7(3): p. e33476
Koch, T.M., et al.
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Estimating the 3D pore size distribution of biopolymer networks from directionally biased data. Biophys J, 105: 1967-1975, 2013
Lang, N., et al.
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Labeling of Cancer Cells with Magnetic Nanoparticles for Magnetic Resonance Imaging. Magnetic Resonance in Medicine, 2013
Weis, C., et al.
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Strain history dependence of the nonlinear stress response of fibrin and collagen networks. Proc Natl Acad Sci USA, 2013. 110(30): p. 12197-202
Munster, S., et al.
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Structure and mechanics of fibrin clots formed under mechanical perturbation. J Thromb Haemost, 2013. 11(3): p. 557-60
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Vinculin, cell mechanics, and tumor cell invasion. Cell Biol Int, 2013
Goldmann, W.H., et al.
