The Role of Mechanical Properties and Structure of Type I Collagen Hydrogels on Colorectal Cancer Cell Migration

Castro-Abril, Hector ; Heras, Jónathan ; del Barrio, Jesús (Universidad de Zaragoza) ; Paz, Laura ; Alcaine, Clara (Universidad de Zaragoza) ; Pérez Aliácar, Marina (Universidad de Zaragoza) ; Garzón-Alvarado, Diego ; Doblaré, Manuel (Universidad de Zaragoza) ; Ochoa, Ignacio (Universidad de Zaragoza)

Resumen: Mechanical interactions between cells and their microenvironment play an important role in determining cell fate, which is particularly relevant in metastasis, a process where cells invade tissue matrices with different mechanical properties. In vitro, type I collagen hydrogels have been commonly used for modeling the microenvironment due to its ubiquity in the human body. In this work, the combined influence of the stiffness of these hydrogels and their ultrastructure on the migration patterns of HCT-116 and HT-29 spheroids are analyzed. For this, six different types of pure type I collagen hydrogels by changing the collagen concentration and the gelation temperature are prepared. The stiffness of each sample is measured and its ultrastructure is characterized. Cell migration studies are then performed by seeding the spheroids in three different spatial conditions. It is shown that changes in the aforementioned parameters lead to differences in the mechanical stiffness of the matrices as well as the ultrastructure. These differences, in turn, lead to distinct cell migration patterns of HCT-116 and HT-29 spheroids in either of the spatial conditions tested. Based on these results, it is concluded that the stiffness and the ultrastructural organization of the matrix can actively modulate cell migration behavior in colorectal cancer spheroids.

Las interacciones mecánicas entre las células y su microambiente juegan un papel importante en la determinación del destino celular, lo cual es particularmente relevante en la metástasis, un proceso en el que las células invaden matrices tisulares con diferentes propiedades mecánicas. In vitro, los hidrogeles de colágeno tipo I se han utilizado comúnmente para modelar el microambiente debido a su ubicuidad en el cuerpo humano. En este trabajo se analiza la influencia combinada de la rigidez de estos hidrogeles y su ultraestructura en los patrones de migración de los esferoides HCT-116 y HT-29. Para ello se preparan seis tipos diferentes de hidrogeles de colágeno puro tipo I cambiando la concentración de colágeno y la temperatura de gelificación. Se mide la rigidez de cada muestra y se caracteriza su ultraestructura. Luego se realizan estudios de migración celular sembrando los esferoides en tres condiciones espaciales diferentes. Se muestra que los cambios en los parámetros antes mencionados conducen a diferencias en la rigidez mecánica de las matrices así como en la ultraestructura. Estas diferencias, a su vez, conducen a distintos patrones de migración celular de los esferoides HCT-116 y HT-29 en cualquiera de las condiciones espaciales probadas. Con base en estos resultados, se concluye que la rigidez y la organización ultraestructural de la matriz pueden modular activamente el comportamiento de migración celular en esferoides de cáncer colorrectal.

Idioma: Inglés

DOI: 10.1002/mabi.202300108

Año: 2023

Publicado en: Macromolecular Bioscience 23, 10 (2023), 2300108 [18 pp.]
ISSN: 1616-5187

Financiación: info:eu-repo/grantAgreement/EC/H2020/876190/EU/Accelerating Innovation in Microfabricated Medical Devices/Moore4Medical
Financiación: info:eu-repo/grantAgreement/ES/MCINN/PCI2020-112064
Financiación: info:eu-repo/grantAgreement/ES/UZ/ICTS NANBIOSIS-U13 Unit-CIBER-BBN

Tipo y forma: Artículo (Versión definitiva)

Área (Departamento): Área Enfermería (Dpto. Fisiatría y Enfermería)
Área (Departamento): Area Histología (Dpto. Anatom.Histolog.Humanas)
Área (Departamento): Área Química Orgánica (Dpto. Química Orgánica)
Área (Departamento): Área Mec.Med.Cont. y Teor.Est. (Dpto. Ingeniería Mecánica)