Structural and functional characterization of vascular phenotype in lung cancer

Abstract

La crescita e lo sviluppo dei tumori solidi è dipendente dalla presenza di un adeguato supporto vascolare senza il quale il tumore rimane inattivo e incapace di metastatizzare. Il ruolo dell'angiogenesi nella progressione dei tumori polmonari è stato largamente descritto e molte strategie terapeutiche hanno come obiettivo l’inibizione del processo angiogenico. Scopo di questo studio è stata la valutazione, a livello tissutale, della presenza di riarrangiamenti strutturali dei vasi sanguigni e linfatici nel carcinoma polmonare umano. E’ stata inoltre studiata l'incidenza di cellule progenitrici vascolari riconosciute attraverso l’espressione del recettore di PDGF. Inoltre, abbiamo espanso in vitro popolazioni di cellule endoteliali ematiche e linfatiche ottenute dalle porzioni distale e neoplastica di polmoni, allo scopo di caratterizzare fenotipi vascolari anche dal punto di vista funzionale. Lo studio è stato condotto su 13 pazienti affetti da carcinoma polmonare e su dodici polmoni di pazienti in cui non era stata documentata alcuna patologia a carico del polmone, utilizzati come controllo (CTRL). Sul tessuto polmonare, utilizzato sia per isolamento cellulare che per la valutazione istologica, è stata effettuata un'analisi morfometrica ed immunoistochimica. Le porzioni tumorale (T) e distale (Dist) sono state considerate separatamente. Abbiamo potuto documentare una maggiore incidenza delle strutture vascolari (capillari e arteriole) nella porzione tumorale, sia rispetto alla porzione distale che rispetto ai campioni di controllo. Inoltre, la distribuzione di cellule progenitrici vascolari è risultata essere significativamente modificata nei campioni patologici. In particolare, i dati hanno mostrato una significativa deplezione di cellule PDGFRpos nelle porzioni distali mentre la loro incidenza era notevolmente aumentata nell'area neoplastica. Cellule endoteliali ematiche (BEC) e linfatiche (LEC) sono state caratterizzate mediante immunocitochimica. Abbiamo valutato sia l'espressione dei marcatori endoteliali che la presenza di recettori tirosin-chinasici (VEGFR2, VEGFR3, PDGFR). Su queste popolazioni cellulari sono state valutate anche la capacità angiogenica e migratoria mediante saggi funzionali in vitro. Il nostro studio può avere diverse implicazioni. Primo, l'alterazione strutturale e i cambiamenti nella distribuzione delle strutture vascolari possono rappresentare un potenziale indice prognostico del carcinoma polmonare. Inoltre, la nostra capacità di isolare le cellule endoteliali umane polmonari neoplastiche e normali può rappresentare un punto di partenza per studi finalizzati allo sviluppo di specifiche strategie terapeutiche mirate ad interferire con il microambiente tumorale.

The growth and development of solid tumors is critically dependent on a functional vascular supply in the absence of which tumors remain dormant and unable to metastasize. As with all solid tumors, the role of angiogenesis is well established in the progression of lung cancers and the development of new therapeutic strategies designed to inhibit tumor-induced angiogenesis should prevent the tumor growth and metastasis holding great promise for the advancement of lung cancer management. The aim of the present study was to characterize at tissue level the structural rearrangements of blood and lymphatic vessels in human lung cancer. The incidence of vascular progenitor cells through the evaluation of PDGF- receptor expression was also investigated. In addition, we expanded in vitro Hematic and Lymphatic endothelial cell populations from normal and neoplastic human lungs in order to characterize vascular phenotypes and to evaluate their functional properties. The study was performed on 13 patients affected by lung cancer and on twelve lungs from patients lacking pathologic states used as control (CTRL). On lung tissue, utilized both for cell isolation and histologic assessment, was performed morphometric and immunohistochemical analysis, sharing samples in tumoral portion (T) and distal area (Dist). We could document an increased incidence of vascular structures (capillaries and arterioles) in tumor area, when compared to the distal portion and to control samples. Moreover, vascular progenitor cell distribution was significantly altered in pathologic samples. In particular, our data showed that in distal portions there was a significative depletion of PDGFRpos cells, on the other hand their incidence was markedly increased within the neoplastic area. Hematic (BEC) and Lymphatic Endothelial Cells (LEC) were characterized by immunocytochemistry. We evaluated the expression of endothelial marker and we also assessed the presence of Tyrosine Kinase Receptors (i.e. VEGFR2, VEGFR3, PDGFR). The angiogenic and migration abilities of endothelial cell population were also investigated. Our results may open new prospectives in the development of new therapeutic strategies designed to interfere with tumor microenvironment which plays an important role in cancer growth, since the vascular niche supports the proliferation of neoplastic cells.