Συνήθως σκεφτόμαστε έναν όγκο ως ένα άκαμπτο κομμάτι καρκινικών κυττάρων. αλλά πώς θα μπορούσε ένα τόσο άκαμπτο σύμπλεγμα να εισβάλει στο περιβάλλον μικροπεριβάλλον του; Για να απαντηθεί αυτό το ερώτημα, μια διεθνής συνεργασία ερευνητών συνδύασε προσομοιώσεις υπολογιστή με μηχανικές μετρήσεις. Τα ευρήματά τους, δημοσιεύτηκαν στο Φυσική της Φύσης, καταδεικνύουν ότι ένα σημαντικό ποσοστό καρκινικών κυττάρων αποκτούν υψηλό βαθμό μηχανικής παραμόρφωσης για να γίνουν πιο κινητά και κατά συνέπεια είναι σε θέση να εισέλθουν σε πυκνό περιβάλλοντα ιστό.
Είναι ήδη αναγνωρισμένο ότι τα καρκινικά κύτταρα υφίστανται αποδιαφοροποίηση, μια διαδικασία κατά την οποία κινούνται προς μια πιο διαταραγμένη κατάσταση με πιο μαλακό κυτταροσκελετό. Ωστόσο, τα κυτταρικά συσσωματώματα είναι γνωστό ότι παρουσιάζουν εμπλοκή, γεγονός που εμποδίζει την περαιτέρω εξάπλωση των κυττάρων. Αυτό υπογραμμίζει τη μηχανική επίδραση των μεταβάσεων στερεού-ρευστού στη συμπεριφορά του όγκου των ιστών.
Επιπλέον, η έρευνα έχει δείξει ότι η ρευστότητα ή η ακαμψία των συστάδων κυττάρων όγκου ρυθμίζεται από την αποσυμφόρηση των κυττάρων. Τα καρκινικά κύτταρα είναι επίσης γνωστό ότι είναι εξαιρετικά μηχανοευαίσθητα – μπορούν να προσαρμοστούν μηχανικά στο μικροπεριβάλλον τους.
«Το παράδοξο ότι στους όγκους του μαστού, τα κύτταρα που γίνονται πιο μαλακά σχηματίζουν στην πραγματικότητα μια δομή που είναι πιο σκληρή από τον αρχικό ιστό είναι απλώς μια φαινομενική αντίφαση», εξηγεί. Joseph Käs από Πανεπιστήμιο της Λειψίας. «Αυτό το αποτέλεσμα ενισχύεται περαιτέρω επειδή εδώ, κυρίως τα πολύ μαλακά λιποκύτταρα στο υγιές στήθος συγκρίνονται με κύτταρα που είναι πιο μαλακά από τα υγιή επιθηλιακά κύτταρα, αλλά εξακολουθούν να είναι σημαντικά πιο σκληρά από τα λιποκύτταρα».
Υποκινούμενο από προσομοιώσεις υπολογιστή που πραγματοποιήθηκαν από φυσικούς στο Northeastern University, τη Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Σάντα Μπάρμπαρα και Πανεπιστήμιο των Συρακουσών, η ομάδα του Käs ερεύνησε μοσχεύματα ιστών από καρκίνους του μαστού και του τραχήλου της μήτρας χρησιμοποιώντας διάφορες τεχνικές, συμπεριλαμβανομένης της ρεολογίας του όγκου του ιστού με βάση τη μικροσκοπία ατομικής δύναμης (AFM). Δουλεύοντας σε συνεργασία με μια ομάδα από ερευνητές καρκίνου και παθολόγοι at Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο Λειψίας και Albert Einstein College of Medicine, απέδειξαν την ύπαρξη μερικών συμπαγών νησίδων άκαμπτων κυψελών, που συνδέονται με γέφυρες μηχανικής καταπόνησης μαλακών, κινητών κυψελών.
Μετανάστευση κυττάρων Προσομοιώσεις ενός κυττάρου εισβολής (πράσινου) που κινείται μέσω ιστού που περιέχει τόσο άκαμπτα (ανοιχτό μπλε) όσο και μαλακά (σκούρο μπλε) κύτταρα. Επάνω: ο ιστός είναι σε μπλοκαρισμένη, στερεά κατάσταση και το κύτταρο εισβολής έχει κολλήσει και δεν μπορεί να κινηθεί. Κέντρο: σε ετερογενή ιστό το κύτταρο εισβολής παρουσιάζει εξαιρετικά διαλείπουσα δυναμική μετανάστευσης. Κάτω: ο ιστός είναι σε κατάσταση πλήρως μη εμπλοκή, που μοιάζει με υγρό και το κύτταρο που εισβάλλει κινείται με σχετική ευκολία. (Ευγενική προσφορά: Max Bi, Xinzhi Li)
Το AFM είναι μια τεχνική μικροσκοπίας που βασίζεται σε ανιχνευτή σάρωσης με ανάλυση υπονανομέτρων. Σε αυτή τη μελέτη, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν την τεχνική για να αποκτήσουν γνώση μηχανικών παραμέτρων όπως η ελαστικότητα των καρκινικών κυττάρων στα ζωντανά μοσχεύματα όγκου. Αυτό τους επέτρεψε να συλλάβουν την τοπική, ετερογενή κατανομή της ακαμψίας των ιστών, καθώς οι χάρτες AFM εμφανίζουν τόσο άκαμπτες (εμπλοκές) όσο και μαλακές (χωρίς εμπλοκή) περιοχές.
Η φυσική ρίχνει φως στο πώς ο καρκίνος του μαστού εξαπλώνεται στα οστά
Αυτή η δομή επιβεβαιώθηκε περαιτέρω με την παρακολούθηση ζωτικών κυττάρων σε σφαιροειδή καρκινικών κυττάρων. Οι ερευνητές διευκρινίζουν ότι αυτή η ετερογενής κατάσταση σταθεροποιεί τον ιστό επαρκώς για να επιτρέψει την ανάπτυξη του όγκου, ενώ παρέχει ευελιξία στα μαλακά, κινητικά κύτταρα να διαφύγουν από τον όγκο και κατά συνέπεια να σχηματίσουν μεταστάσεις.
Τόμας Φουχς, ένας από τους κύριους συγγραφείς αυτής της μελέτης, είναι αισιόδοξος ότι τα τελευταία τους αποτελέσματα προσθέτουν νέα εικόνα για τη μηχανική των καρκινικών κυττάρων και του ιστού όγκου. Πιο συγκεκριμένα, εάν τα κύτταρα σε έναν όγκο παραμένουν εντελώς μπλοκαρισμένα - όπως στον υγιή ιστό - ή είναι σε θέση να ξεκολλήσουν και να μαλακώσουν μπορεί να κάνει τη διαφορά ως προς το αν ένας όγκος κάνει μετάσταση ή όχι.
