“اثر انگشت” میکروکلسیفیکاسیون می تواند اطلاعاتی در مورد سرطان به دست دهد

یک همکاری بین رشته ای 10 ساله در ساخت، از یک رویکرد علم مواد برای “اثرانگشت” رسوبات معدنی کلسیم موسوم به میکروکلسیفیکاسیون ها استفاده کرد که سرنخ های پاتولوژیک پیشرفت سرطان سینه و بالقوه دیگر بیماری ها را نشان می دهد.

مقاله این گروه، “علائم بیومینرولوژیک میکروکلسیفیکاسیون پستان”، در 22 فوریه در پیشرفت علم. نویسنده اصلی، محقق فوق دکتری، جنی کونیتاک، Ph.D. ’21.

رسوب مواد معدنی سالم فرآیندی است که با ظرافت هماهنگ شده است، همانطور که در شکل گیری استخوان و دندان دیده می شود. با این حال، گاهی اوقات، رسوبات معدنی در مکان هایی که به آنها تعلق ندارند، مانند کلیه ها – یعنی سنگ کلیه – و بافت پستان تشکیل می شوند. در زمینه سرطان سینه، میکروکلسیفیکاسیون ها یک ابزار غربالگری حیاتی هستند زیرا به صورت لکه های سفید واضح در ماموگرافی ظاهر می شوند و در موارد خاص وجود سرطان سینه را نشان می دهند.

نویسنده ارشد این مطالعه گفت: “معمولا بعد از ماموگرافی اولیه، میکروکلسیفیکاسیون ها تا حد زیادی نادیده گرفته می شوند. و آنچه ما می گوییم این است که می توانیم فراتر از وضوح ماموگرافی، در سطح میکروسکوپی و شیمیایی نگاه کنیم و اطلاعات بیشتری از این میکروکلسیفیکاسیون ها به دست آوریم.” لارا استروف، استاد علوم و مهندسی مواد در مهندسی کرنل. با استفاده از تکنیک‌های مشخص و با وضوح بالا از علم مواد و همراه کردن آن‌هایی که از زیست کانی‌سازی و اینکه چگونه موجودات زنده می‌توانند رسوب مواد معدنی را کنترل کنند، بینشی منحصر به فرد از یک کانی پاتولوژیک به دست آورده‌ایم که ممکن است پیامدهای مهمی برای بیماری.”

گروه استروف در بیومرینالیزاسیون تخصص دارد، یعنی اینکه چگونه موجودات بیولوژیکی رشد کریستال ها را در بافت های خود کنترل می کنند. بیش از یک دهه پیش، او شروع به همکاری با کلودیا فیشباخ، استاد مهندسی بیومدیکال استنلی براییر در سال 1946 و یکی از نویسندگان ارشد مقاله کرد تا گسترش متاستاتیک سرطان سینه به استخوان را بررسی کند. این منجر به اکتشاف یک پدیده “عجیب” شد که در آن مواد معدنی استخوان مانند در محل‌های تومور اولیه ظاهر می‌شد، و از آنجا همکاران به روش‌هایی علاقه‌مند شدند که این میکروکلسیفیکاسیون‌ها می‌توانند عناصر ریزمحیط بافتی را که در آن شکل می‌گیرند، تقریباً مانند یک عکس فوری جذب کنند. . ریزمحیط که به عنوان ماتریس آلی نیز شناخته می شود، به نوبه خود می تواند بر ترکیب، مورفولوژی و خواص مکانیکی کانی تأثیر بگذارد.

کونیتاکه گفت: “مواد معدنی قوانین متفاوتی نسبت به زیست شناسی دارند.” مواد معدنی تشکیل‌شده در سرطان سینه می‌توانند اطلاعات شیمیایی را به دام بیندازند که منعکس‌کننده محیط شکل‌گیری آن‌ها هستند و به طور بالقوه می‌توانند ارزش و ارتباط بالینی داشته باشند.

در حالی که برخی از زیست شناسان سرطان میکروکلسیفیکاسیون ها را مورد مطالعه قرار داده اند، این پدیده توسط دانشمندان مواد کشف نشده است.

استروف گفت: “زیست معدنی یک حوزه نسبتاً خاص است که شامل کمک های علم مواد، زمین شناسی، زیست شناسی و موارد دیگر است. این بسیار چند رشته ای است.” هیچ دلیلی وجود ندارد که انکولوژیست‌ها به خواص مواد این کریستال‌های کوچک کوچک که در حال ظهور هستند توجه کنند. همه چیزهایی که ما از مطالعه مواد معدنی زیستی فیزیولوژیکی می دانیم، و اکنون آن را در مورد این کانی های پاتولوژیک اعمال می کنیم؟

فیشباخ استروف و کونیتاکه را با محققانی در مرکز سرطان Memorial Sloan Kettering که نمونه‌های بافتی حاوی میکروکلسیفیکاسیون‌ها را از 40 بیمار مبتلا به سرطان پستان ارائه کردند، مرتبط کرد.

پس از آن کونیتاکه فرآیند سخت و چند ساله تلاش برای درک اینکه دقیقاً به چه چیزی نگاه می کنند را آغاز کرد. او به دکتر دانیل سودیلوفسکی مراجعه کرد، سپس در مرکز پزشکی کایوگا، که به شناسایی آسیب شناسی هر نوع میکروکلسیفیکاسیونی که پیدا کردند کمک کرد.

در مرحله بعد، به جای خرد کردن و همگن کردن نمونه های بافت، همانطور که مطالعات دیگر انجام داده بود، محققان به دنبال به دست آوردن نقشه هایی با وضوح بالا و سه بعدی از شیمی ماده معدنی و ماتریکس آلی بودند، به طوری که آنها را تغییر ندهد. ساختار بافت بنابراین آنها با Admir Masic از مؤسسه فناوری ماساچوست، یکی از نویسندگان ارشد مقاله، که از تکنیک طیف‌سنجی ارتعاشی به نام میکروسکوپ رامان استفاده کرد که می‌تواند نشانه‌های ارتعاشی متمایز از شیمی‌های آلی و معدنی یک مولکول بیولوژیکی را تشخیص دهد و همچنین نقشه‌برداری از کجا را انجام داد، همکاری کردند. آن امضاها در حال وقوع است.

سپس کونیتاکه با استفاده از تکنیک هایی که از تحقیقات omics در بیوشیمی و ژنتیک الهام گرفته شده بود، اقدام به ادغام و تجزیه تمام داده ها کرد.

Kunitake گفت: «یکی از راه‌های نگاه کردن به داده‌ها، زمانی که تعداد زیادی از آن‌ها دارید، استفاده از استراتژی‌های جوامع omics است. لازم نیست کمی باشد، فقط برای تجسم نحوه رفتار داده‌ها. با استفاده از خوشه‌بندی سلسله مراتبی، می‌توانیم به داده‌هایمان به عنوان یک نقشه حرارتی نگاه کنیم، و این به ما ایده می‌دهد که چگونه پارامترهای مختلف اندازه‌گیری شده با یکدیگر مرتبط هستند. و نحوه گروه بندی کلسیفیکاسیون های مختلف بر اساس اثر انگشتشان.”

در میان یافته‌های کلیدی محققان: میکروکلسیفیکاسیون‌های مرتبط با سرطان در گروه‌های فیزیولوژیکی مرتبط که نوع بافت و بدخیمی محلی را منعکس می‌کنند، دسته‌بندی می‌شوند. کربنات معدنی تنوع قابل توجهی در داخل تومور نشان می دهد. فلزات کمیاب – از جمله روی، آهن و آلومینیوم – در کلسیفیکاسیون های بدخیم موضعی افزایش می یابد. و نسبت لیپیدها به پروتئین در میکروکلسیفیکاسیون ها در بیماران با پیش آگهی ضعیف کمتر است.

در حالی که محققان مطمئن نیستند که آیا میکروکلسیفیکاسیون ها قبل از ایجاد سرطان یا به دلیل آن ایجاد می شوند، یافته ها نشان می دهد که با شدت بیماری همبستگی وجود دارد. محققان امیدوارند این یافته ها همچنین کلسیفیکاسیون سایر انواع سرطان مانند سرطان تیروئید و تخمدان را روشن کند.

این تیم اکنون قصد دارد گسترش بیشتری از ویژگی‌های بیماری را مطالعه کند و همچنین رویکرد خود را برای سایر بیماری‌های کانی‌سازی پاتولوژیک، مانند بیماری دریچه آئورت کلسیفیک، که در آن مواد معدنی در دریچه قلب تشکیل می‌شود، یا همان‌طور که استروف می‌گوید، «این ماده معدنی بیماری.”