נושא הפרוייקט
מספר פרוייקט
מחלקה
שמות סטודנטים
אימייל
שמות מנחים
השפעת מעכבים על תהליכי גיבוש של סידן פוספט בתנאים פיזיולוגים
The influence of additives on the crystallization of calcium phosphate in physiological conditions
תקציר בעיברית
הסתיידויות פתולוגיות יכולות להיווצר בתפקוד לא תקין של הכליות והמערכת הקרדיווסקולרית, דלקות וסרטן. בסרטן השד ובלוטת התריס, חלקיקים מיקרוסקופיים הנקראים מיקרו-הסתיידויות ((MCs קשורים לממאירות גבוהה יותר ולפרוגנוזה גרועה יותר. MCs ברקמת שד ממאירה הן בעיקר גבישי הידרוקסיאפיטי שמכילים כמות גדולה של יוני קרבונט ((CHA, שאותם ניתן למצוא במיוחד בנגעים טרום סרטניים. במערכת in vitro, תאים טרום סרטניים של השד שנחשפו לגבישי הידרוקסיאפטיט מראים פוטנציאל ממאירות גבוה יותר, מה שמצביע על כך שעיכוב התגבשותם עשוי לדכא את התקדמות טרום סרטן השד. כדי לחקור את השפעת התוספים על התגבשותם של MCs במיקרו-סביבה של הגידול in vitro יש צורך במערכת ניסויית אשר מדמה את התנאים שבהם ה-MCs נוצרות בגוף. רוב המחקרים מדווחים כי התגבשות MCs של CHA מתרחשת בסביבה החוץ-תאית. לפיכך, נוזלי גוף סינטטים יכולים לשמש פלטפורמה לחקר ומניפולציה של תהליכי גיבוש אלו. על ידי אפיון הרכבים שונים של תמיסות נוזלי גוף סינטטיים, איתרנו תמיסה בה CHA נוצר באופן ספונטני. תמיסה זו שומרת על pH פיזיולוגי במהלך התגבשות ומכלילה יוני קרבונט חיוניים להיווצרות ביו-מימטית של CHA. לעיכוב תהליך הגיבוש, אנו משתמשים במעכבים עשירים בקבוצות של חומצה קרבוקסילית כגון חומצה פולי-אקרילית (PAA) וחומצה פולי-אספרטית (PAsp) ועוקבים אחר המינרליזציה לאורך זמן באמצעות SEM-EDS, FTIR, מיקרוסקופ אור. בנוכחות PAA עם משקל מולקולרי של 8K, 100K ו-PAsp עם משקל מולקולרי של 8K, מינרליזציה מתרחשת מיד בדומה לתנאים ללא תוספים. בריכוזי מעכבים נמוכים (100 g/mL), נוצר CHA, בעוד שקלציום-פוספט אמורפי (ACP) נוצר בריכוזי תוספים גבוהים (200 g/mL). עיכוב משמעותי יותר, מתקבל עבור ריכוז גבוה יותר של כל סוג מעכב. בנוכחות של ריכוז גבוה של המעכבים המינרליזציה הינה כ-60% מהקונטרול. העיכוב המשמעותי ביותר התקבל בנוכחות ריכוז גבוה של 100K PAA (רק 13% מהמינרליזציה ללא מעכבים). בעתיד, נחקור את התוספים הללו במודל תלת ממדי של תאים סרטניים. נבחן את יכולתם לעכב היווצרות של MCs, ואת הפוטנציאל שלהם לדיכוי ממאירות. אנו שואפים לתרום לפיתוח גישות חדשות לעיכוב מינרליזציה פתולוגית ולשיפור תוצאות המחלה של מטופלי סרטן השד וסוגי סרטן נוספים.
תקציר באנגלית
Pathological calcifications can form in renal and cardiovascular disorders, inflammation, and cancer. In breast and thyroid cancers, microscopic particles called microcalcifications (MCs) are associated with higher malignancy and poorer prognosis. MCs associated with malignant breast tissue are primarily composed of carbonated apatite and are especially abundant in precancer lesions. In vitro, breast precancer cells exposed to hydroxyapatite crystals show higher malignancy potential, suggesting that crystallization inhibition may suppress breast precancer progression. To study the influence of additives on the crystallization of MCs in the tumor microenvironment in vitro, an experimental system is needed to mimic the conditions in which the MCs form in the body. Most studies report that the crystallization of apatite MCs occurs in the extracellular environment. Hence, simulated body fluids can serve as a platform to study and manipulate apatite crystallization. We characterized different compositions of simulated body fluid (SBF) solutions and identified a solution in which carbonated apatite crystallizes spontaneously and not only via seeded growth. This SBF maintains a physiological pH during crystallization and includes carbonate ions crucial for the biomimetic formation of carbonated apatite. To inhibit carbonated apatite crystallization, we use additives rich in carboxylic acid groups such as polyacrylic acid (PAA) and polyaspartic acid (PAsp) and monitor the mineralization over time using SEM-EDS, FTIR, light microscopy. In the presence of PAA with Mw=8K, 100K and PAsp with Mw=8K, mineralization occurs immediately similarly to conditions of no additives. In low additive concentrations (100 mg/mL), carbonated apatite forms, while amorphous calcium phosphate (ACP) forms in high additive concentrations (200 mg/mL). A better mineralization inhibition is obtained for the higher additive concertation for each additive type. In the presence of 200 mg/mL 8K PAA and 8K PAsp the mineralization was approximately 60% of the control. Notably, 200 mg/mL of the 100K PAA inhibited most of the mineralization to obtain only 13% of the mineralization without additives. This significant mineralization inhibition was observed only when the precipitated mineral had spherical morphology. In the future, we will explore these additives in an in vitro 3D tumor model for their ability to inhibit MC formation, and for their potential to suppress malignancy. We aim to contribute to developing new approaches for inhibiting pathological mineralization and ultimately improving patient outcomes in breast and other cancers.