Vi tænker typisk på en tumor som en stiv klump af kræftceller; men hvordan kunne sådan en stiv klynge invadere dets omgivende mikromiljø? For at besvare dette spørgsmål har et internationalt samarbejde af forskere kombineret computersimuleringer med mekaniske målinger. Deres resultater, offentliggjort i Naturfysik, viser, at en betydelig procentdel af cancerceller opnår en høj grad af mekanisk deformerbarhed for at blive mere mobile og følgelig er i stand til at trænge ind i tæt omgivende væv.
Det er allerede anerkendt, at kræftceller gennemgår dedifferentiering, en proces, hvor de bevæger sig mod en mere uordnet tilstand med et blødere cytoskelet. Imidlertid er celleaggregater kendt for at udvise jamming, som forhindrer yderligere spredning af celler. Dette fremhæver den mekaniske påvirkning af fast-væske-overgange på vævsmasseadfærd.
Desuden har forskning vist, at fluiditeten eller stivheden af tumorcelleklynger reguleres af celleafbrydelse. Kræftceller er også kendt for at være meget mekanosensitive - de kan mekanisk tilpasse sig deres mikromiljø.
"Det paradoksale, at celler, der bliver blødere i brysttumorer, faktisk danner en struktur, der er hårdere end det oprindelige væv, er kun en tilsyneladende selvmodsigelse," forklarer Joseph Käs fra Leipzig Universitet. "Denne effekt er yderligere forstærket, fordi her bliver hovedsageligt meget bløde fedtceller i det raske bryst sammenlignet med celler, der er blødere end raske epitelceller, men stadig væsentligt hårdere end fedtceller."
Motiveret af computersimuleringer udført af fysikere kl Nordøstlige universitet, University of California, Santa Barbara , Syracuse University, undersøgte Käss gruppe vævseksplantater fra bryst- og livmoderhalskræft ved hjælp af forskellige teknikker, herunder atomic-force-microscopy (AFM)-baseret bulkvævsreologi. Arbejder i samarbejde med et team af kræftforskere , patologer at Leipzig Universitetshospital , Albert Einstein College of Medicine, demonstrerede de eksistensen af et par solide øer af stive celler, forbundet af mekaniske spændingsbroer af bløde, mobile celler.
Cellemigration Simuleringer af en invaderende celle (grøn), der bevæger sig gennem væv, der indeholder både stive (lyseblå) og bløde (mørkeblå) celler. Øverst: vævet er i en fastklemt, fast-lignende tilstand, og den invaderende celle sidder fast og kan ikke bevæge sig. Midt: i heterogent væv viser den invaderende celle meget intermitterende migrationsdynamik. Nederst: vævet er i en fuldstændig frigjort, væskelignende tilstand, og den invaderende celle bevæger sig med relativ lethed. (Med høflighed: Max Bi, Xinzhi Li)
AFM er en scanning probe-baseret mikroskopi teknik med subnanometer opløsning. I denne undersøgelse brugte forskerne teknikken til at få viden om mekaniske parametre såsom tumorcelleelasticitet på tværs af de levende tumoreksplantater. Dette satte dem i stand til at fange den lokale, heterogene fordeling af vævsstivhed, da AFM-kortene viser både stive (fastklemte) og bløde (ikke fastklemte) regioner.
Fysik kaster lys over, hvordan brystkræft spredes til knogler
Denne struktur blev yderligere bekræftet ved at spore vitale celler på tværs af kræftcellesfæroider. Forskerne belyser, at denne heterogene tilstand stabiliserer vævet tilstrækkeligt til at tillade tumorvækst, samtidig med at det giver fleksibilitet for bløde, bevægelige celler til at undslippe tumoren og som følge heraf danne metastaser.
Thomas Fuhs, en af hovedforfatterne til denne undersøgelse, er optimistisk over, at deres seneste resultater tilføjer ny indsigt i kræftcellernes og tumorvævets mekanik. Mere eksplicit, om cellerne i en tumor forbliver helt fastklemt – som i sundt væv – eller er i stand til at løsne og blødgøres, kan gøre hele forskellen for, om en tumor metastaserer eller ej.
