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Biologia delle comunicazioni volume 6, numero articolo: 217 (2023) Citare questo articolo

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La meccanica dei tessuti determina l’omeostasi dei tessuti, lo sviluppo e la progressione della malattia. La vescica fa molto affidamento sulle sue proprietà meccaniche per svolgere la sua funzione fisiologica, ma queste sono scarsamente svelate in condizioni normali e patologiche. Qui caratterizziamo le impronte meccaniche a livello di microscala dei tre strati di tessuto che compongono la parete vescicale sana e identifichiamo le modificazioni associate all'insorgenza e alla progressione di condizioni patologiche (ad esempio, cistite attinica e cancro della vescica). Utilizziamo due strumenti basati sull'indentazione (un microscopio a forza atomica e un nanoindentatore) e confrontiamo le mappe micromeccaniche con un'analisi istologica completa. Troviamo che la parete vescicale sana è un tessuto meccanicamente disomogeneo, con un gradiente di rigidità crescente dall'urotelio alla lamina propria, che diminuisce gradualmente quando raggiunge lo strato esterno del muscolo. L'irrigidimento dei tessuti fibrotici è correlato all'aumento della deposizione di una densa matrice extracellulare nella lamina propria. Si osserva un aumento della compliance dei tessuti prima dell'insorgenza e dell'invasione del tumore. Fornendo un'indagine micromeccanica ad alta risoluzione di ciascuno strato di tessuto della vescica, descriviamo l'eterogeneità meccanica intrinseca degli strati di una vescica sana rispetto alle alterazioni delle proprietà meccaniche associate alla cistite attinica o al tumore della vescica.

Elasticità e viscosità caratterizzano le proprietà meccaniche dei tessuti molli e svolgono un ruolo fondamentale nella definizione delle funzioni cellulari e tissutali, nonché nello sviluppo dei tessuti, nella progressione della malattia e nell'omeostasi dei tessuti1,2,3. Ogni organo specifico ha proprietà meccaniche particolari, che vengono alterate quando viene interrotta l'omeostasi e si sviluppano malattie, come accade per i processi di invecchiamento, il cancro, la fibrosi, le malattie cardiovascolari e il diabete4,5,6,7,8.

La vescica è un organo cavo che deve adattarsi e allungarsi durante il riempimento e lo svuotamento, le cui funzioni sono raggiunte attraverso cicli di rilassamento meccanico e contrattilità. Le proprietà meccaniche della vescica sono state riportate a livello macroscala9,10, inclusa la caratterizzazione delle diverse aree macroscopiche11. L'alterazione delle proprietà meccaniche della vescica determina una disfunzione del suo ruolo fisiologico, come per molte patologie vescicali benigne che progrediscono dalla formazione di matrice più rigida ad una struttura più cedevole12. È stato riportato un irrigidimento per patologie maligne della vescica, che sono emerse associate ad un elevato contenuto di fibre di collagene nella ECM;13 inoltre, un ulteriore irrigidimento della vescica è stato riportato per pazienti con tumore recidivante14. Sebbene questi studi su campioni clinici siano molto istruttivi, mostrano misurazioni su macroscala e un’istantanea della situazione clinica.

Questo studio si è concentrato su due condizioni patologiche della vescica: la cistite attinica e il cancro uroteliale della vescica. La cistite attinica è una condizione patologica che può essere causata come sequela della radioterapia pelvica, comunemente utilizzata per trattare il cancro della prostata e del retto15,16. La cistite attinica è causata dall'accumulo di proteine ​​della matrice extracellulare dovuto all'infiammazione cronica, che provoca cicatrici e ispessimento dei tessuti e potenzialmente un'insufficienza d'organo allo stadio terminale, con un impatto clinicamente rilevante sui pazienti4.

Il cancro della vescica è il nono tumore più comune a livello mondiale17. Ha origine principalmente dall'urotelio e, a seconda dell'invasione dei diversi strati tissutali, viene classificato come cancro della vescica non muscolo-invasivo (NMIBC) e cancro della vescica muscolo-invasivo (MIBC). Secondo il sistema di classificazione TNM18, gli NMIBC sono suddivisi in pTa e carcinoma in situ (Tis) quando il tumore è presente nell'urotelio, e pT1 quando invade la lamina propria. Al contrario, i MIBC vengono segregati in pT2 quando il tumore raggiunge lo strato muscolare, da cui può ulteriormente migrare invadendo i tessuti perivescicali (stadio pT3) e gli organi contigui (stadio pT4), includendo quindi la prostata, l'utero ed altri19. La capacità delle cellule tumorali di invadere i tessuti adiacenti è un segno distintivo del cancro e, nel caso del cancro della vescica, l'invasione della lamina propria20 o dello strato muscolare21 determina un diverso iter gestionale. Le cellule tumorali della vescica provenienti dall'urotelio invadono il tessuto come singole cellule isolate, cordoni di cellule in fila singola o piccoli nidi22. La maggior parte dei pazienti con NMIBC presenta una recidiva del tumore e pertanto viene sottoposta a cicli multipli di intervento rappresentati dalla resezione trans-uretrale del tumore della vescica (TURBT) e dalla terapia adiuvante intravescicale20. Eventualmente, se il tumore progredisce e invade anche lo strato muscolare, i pazienti possono essere candidati alla cistectomia radicale o a trattamenti aggressivi multimodali per tentare di risparmiare l'organo21.