Микро

Биология связи, том 6, Номер статьи: 217 (2023) Цитировать эту статью

1082 Доступа

7 Альтметрика

Подробности о метриках

Механика тканей определяет гомеостаз тканей, развитие и прогрессирование заболевания. Мочевой пузырь в значительной степени полагается на свои механические свойства для выполнения своих физиологических функций, но они плохо раскрываются в нормальных и патологических условиях. Здесь мы характеризуем механические отпечатки пальцев на микромасштабном уровне трех слоев ткани, составляющих здоровую стенку мочевого пузыря, и выявляем модификации, связанные с возникновением и прогрессированием патологических состояний (например, актинического цистита и рака мочевого пузыря). Мы используем два инструмента на основе индентирования (атомно-силовой микроскоп и наноиндентор) и сравниваем микромеханические карты с комплексным гистологическим анализом. Мы обнаружили, что здоровая стенка мочевого пузыря представляет собой механически неоднородную ткань с градиентом возрастающей жесткости от уротелия к собственной пластинке, который постепенно уменьшается по мере достижения наружного слоя мышцы. Жесткость фиброзных тканей коррелирует с увеличением отложения плотного внеклеточного матрикса в собственной пластинке. Повышение податливости тканей наблюдается перед возникновением и инвазией опухоли. Обеспечивая микромеханическое исследование каждого слоя ткани мочевого пузыря с высоким разрешением, мы отображаем внутреннюю механическую неоднородность слоев здорового мочевого пузыря по сравнению с изменениями механических свойств, связанными либо с актиническим циститом, либо с опухолью мочевого пузыря.

Эластичность и вязкость характеризуют механические свойства мягких тканей и играют решающую роль в определении функций клеток и тканей, а также в развитии тканей, прогрессировании заболевания и гомеостазе тканей1,2,3. Каждый конкретный орган имеет особые механические свойства, которые изменяются при нарушении гомеостаза и развитии заболеваний, как это происходит при процессах старения, рака, фиброза, сердечно-сосудистых заболеваниях и диабете4,5,6,7,8.

Мочевой пузырь представляет собой полый орган, которому приходится адаптироваться и растягиваться во время наполнения и мочеиспускания, функции которого достигаются за счет циклов механического расслабления и сокращения. Механические свойства мочевого пузыря описаны на макромасштабном уровне9,10, включая характеристику различных макроскопических областей11. Изменение механических свойств мочевого пузыря приводит к нарушению его физиологической роли, как и при многих доброкачественных патологиях мочевого пузыря, которые прогрессируют от формирования более жесткого матрикса к более податливой структуре12. Сообщалось об усилении жесткости мочевого пузыря при злокачественных заболеваниях мочевого пузыря, что, как оказалось, было связано с высоким содержанием коллагеновых волокон в ЕСМ;13 более того, о дальнейшем уплотнении мочевого пузыря сообщалось у пациентов с рецидивирующей опухолью14. Хотя эти исследования клинических образцов очень информативны, они показывают макромасштабные измерения и моментальный снимок клинической ситуации.

Данное исследование было сосредоточено на двух патологических состояниях мочевого пузыря: актиническом цистите и уротелиальном раке мочевого пузыря. Актинический цистит – это патологическое состояние, которое может быть вызвано лучевой терапией органов малого таза, обычно используемой для лечения рака простаты и прямой кишки15,16. Актинический цистит вызван накоплением белков внеклеточного матрикса вследствие хронического воспаления, что приводит к рубцеванию и утолщению тканей и потенциально к терминальной стадии органной недостаточности, что имеет клинически значимые последствия для пациентов4.

Рак мочевого пузыря является девятым по распространенности раком в мире17. Чаще всего он возникает из уротелия и в зависимости от инвазии в различные слои тканей классифицируется как немышечно-инвазивный рак мочевого пузыря (НМИРМП) и мышечно-инвазивный рак мочевого пузыря (МИРМП). Согласно системе классификации TNM18, NMIBC подразделяют на pTa и карциному in situ (Tis), когда опухоль присутствует в уротелии, и pT1, когда она поражает собственную пластинку. И наоборот, MIBC разделяются на pT2, когда опухоль достигает мышечного слоя, из которого она может далее мигрировать, проникая в перивезикальные ткани (стадия pT3) и прилегающие органы (стадия pT4), включая простату, матку и другие19. Способность раковых клеток проникать в соседние ткани является отличительной чертой рака, а в случае рака мочевого пузыря инвазия в собственную пластинку20 или мышечный слой21 определяет другой подход к лечению. Раковые клетки мочевого пузыря из уротелия проникают в ткань в виде изолированных одиночных клеток, тяжей клеток, расположенных в один ряд или небольших гнезд22. У большинства пациентов с НМИРМЖ наблюдается рецидив опухоли, и поэтому они подвергаются нескольким циклам вмешательства, представленным трансуретральной резекцией опухоли мочевого пузыря (ТУРПТ) и внутрипузырной адъювантной терапией20. В конце концов, если опухоль прогрессирует и поражает также мышечный слой, пациенты могут быть кандидатами на радикальную цистэктомию или мультимодальное агрессивное лечение, чтобы попытаться сохранить орган21.