Het begrijpen van uitzaaiingen: ENW-Groot voor Erik Danen
Een team onder leiding van Erik Danen van het Leiden Academic Centre for Drug Research heeft een ENW-Groot-subsidie van 3 miljoen euro ontvangen om de eerste stappen van uitzaaiing te ontrafelen. Danen gaat samenwerken met biologen en theoretische en experimentele fysici van Nederlandse universiteiten. ‘Het begrijpen van deze stappen kan helpen bij toekomstige kankertherapie.’
In beweging
Het meest verwoestende aan kanker en de belangrijkste oorzaak van sterfte is het vermogen van kankercellen om zich niks aan te trekken van weefselgrenzen, de omringende weefsels te penetreren en de bloedstroom binnen te komen. Dit proces, dat bekend staat als metastase of uitzaaiing, stelt kankercellen in staat om de primaire tumor te verlaten en zich te verspreiden naar andere organen. ‘Er werd lang aangenomen dat tumorcellen zich over het lichaam verspreiden door hun contact met naburige cellen te verbreken en zich als individu te verplaatsen. Maar als je goed kijkt naar de weefsels van kankerpatiënten zie je iets anders’, zegt Danen. ‘De cellen lijken de reis samen te maken, niet alleen. Dit doet denken aan het collectieve celgedrag dat we zien bij wondgenezing en in de embryonale ontwikkeling, waarbij de cellen in groepsverband reizen om een wond te herstellen of naar een andere plaats in het embryo te verhuizen.’
Een natuurkundige theorie gebruiken
Dit collectieve gedrag van tumorcellen is wat Danen en zijn partners willen begrijpen. ‘We willen ontrafelen hoe een cluster van kankercellen van een immobiele naar een mobiele toestand overschakelt, hoe dit cluster vervolgens de fysieke hindernissen in de omringende weefsels passeert, en hoe het doordringt en in de bloedbaan terechtkomt.’ Wat zijn de mechanische kenmerken van de kankercellen en hun omgeving die dit gedrag controleren? Om deze vraag aan te pakken maakt het team gebruik van een theorie uit de natuurkunde die active matter wordt genoemd. ‘Deze theorie beschrijft het complexe gedrag van systemen die gemaakt zijn van componenten die energie verbruiken om te bewegen of mechanische kracht uit te oefenen. De principes van deze theorie kunnen worden toegepast op verschillende schalen: van vogelzwermen tot kunstmatige, zelfaandrijvende deeltjes ter grootte van een micrometer. We gaan ze nu toepassen op het biologische proces van uitzaaiing.’
Een zwerm vogels
Het team combineert theoretische modellering op verschillende schalen met een reeks experimentele systemen. Danen: ‘We hebben iemand in ons team die simuleert wat er met het geheel gebeurt als je fysieke parameters op het niveau van individuele cellen verandert. Tegelijkertijd zal de Leidse theoretisch fysicus Luca Giomi een cluster van tumorcellen als één geheel simuleren. Dit lijkt op het kijken naar een zwerm vogels: je kunt inzoomen op de individuele vogels of de zwerm in zijn geheel bekijken om de dynamiek te beschrijven.’ De theoretische inzichten uit computersimulaties worden getest in verschillende experimentele opstellingen in het lab, die op hun beurt data genereren om de simulaties mee te voeden. ‘Dit iteratieve proces zal het collectieve gedrag van tumorcellen steeds nauwkeuriger beschrijven.’
Tumorcellen die hun omgeving binnendringen
Vanwege de gekozen cookie-instellingen kunnen we deze video hier niet tonen.
Bekijk de video op de oorspronkelijke website ofDe disciplines samenbrengen
Hoe werkt dit proces? De truc van Danen is om promovendi en postdocs samen te laten werken in verschillende labs, op verschillende deelvragen. ‘Laten we zeggen dat iemand in de Giomi-groep voorspelt dat als je de kracht van de interactie tussen cellen met de helft vermindert, clusters van cellen plotseling gaan bewegen. Met behulp van de DNA-bewerkingstechniek CRISPR-Cas kan een promovendus in mijn lab de interacties tussen cellen verstoren. Iemand uit de groep van de Leidse experimentele fysicus Thomas Schmidt kan dan nauwkeurig de interactiekracht meten en bevestigen dat deze inderdaad gehalveerd wordt. In mijn lab zijn we in staat om de mobiliteit van clusters van tumorcellen te bepalen en de theoretische voorspelling te bevestigen of te ontkrachten. Daarna kan de promovendus het lab in Eindhoven bezoeken om te bestuderen hoe deze aanpassing het vermogen van een cluster van cellen beïnvloedt om in een kunstmatig bloedvat te kruipen.
‘Al met al is ons project een voorbeeld van fundamentele wetenschap. Maar inzicht in het uitzaaiingsproces is nodig om het te kunnen stoppen’, sluit Danen af.
Consortium
De partners zijn afkomstig van de Technische Universiteit Delft, Eindhoven University of Technology, de Radboud Universiteit Nijmegen en de Universiteit Utrecht.