The role of Natural Killer cells in bone metastasis formation

Bone is a typical metastatic site for many solid tumors. The immune system within the bone marrow possesses distinct characteristics, making it an attractive site for metastatic cells, particularly for cancer stem cells (CSCs). Upon infiltration of bone tissue by CSCs, there is a disruption of the balanced activity of osteoclasts (OCs) and osteoblasts (OBs), resulting in an increased bone resorption. Among the immune cells, Natural Killers cells (NK cells) play a crucial role in regulating tumor progression, but little is known about their involvement in the development of bone metastasis. This study aims to investigate the crosstalk among NK, bone cells and CSCs in an in vitro model based on co-cultures of these cell populations. OCs and NK cells were autologous, since deriving from the same peripheral blood mononuclear cells (PBMCs), to avoid NK cell killing of OCs due to recognition of not-self. The phenotype, the expression of ligands and activator/inhibitor receptor by OCs and NK cells were analyzed by flow cytometry. Functional assay of OC activity was performed on bone slices analyzed through SEM and quantified by ELISA tests. We detected an inhibition of OCs induced by NK cells. When we put all the three types of cells together, we observed a reduced OC activity, while CSCs were only partially killed, indicating that NK cells exert an inhibitory action on OCs, but they are at least in part blocked in CSC killing.

L'osso è un sito metastatico tipico per molti tumori solidi. Il sistema immunitario all'interno del midollo osseo possiede caratteristiche distinte, che lo rendono un sito attraente per le cellule metastatiche, in particolare per le cellule staminali tumorali (CSC). Quando le CSC si infiltrano nel tessuto osseo, si verifica un'alterazione dell'attività equilibrata degli osteoclasti (OC) e degli osteoblasti (OB), con conseguente aumento del riassorbimento osseo. Tra le cellule immunitarie, le cellule Natural Killers (cellule NK) svolgono un ruolo cruciale nella regolazione della progressione tumorale, ma poco si sa sul loro coinvolgimento nello sviluppo di metastasi ossee. Questo studio si propone di indagare il crosstalk tra NK, cellule ossee e CSC in un modello in vitro basato su co-colture di queste popolazioni cellulari. Le OC e le cellule NK erano autologhe, in quanto derivate dalle stesse cellule mononucleate del sangue periferico (PBMC), per evitare l'uccisione delle OC da parte delle cellule NK a causa del riconoscimento di not-self. Il fenotipo, l'espressione dei ligandi e dei recettori attivatori/inibitori da parte di OC e cellule NK sono stati analizzati mediante citometria a flusso. Il saggio funzionale dell'attività degli OC è stato eseguito su sezioni ossee analizzate al SEM e quantificate con test ELISA. Abbiamo rilevato un'inibizione degli OC indotta dalle cellule NK. Quando abbiamo messo insieme tutti e tre i tipi di cellule, abbiamo osservato una riduzione dell'attività degli OC, mentre le CSC sono state uccise solo parzialmente, indicando che le cellule NK esercitano un'azione inibitoria sugli OC, ma sono almeno in parte bloccate nell'uccisione delle CSC.