A daganatot általában rákos sejtek merev csomójának tekintjük; de hogyan hathat be egy ilyen merev klaszter a környező mikrokörnyezetbe? A kérdés megválaszolására a kutatók nemzetközi együttműködése a számítógépes szimulációkat mechanikus mérésekkel kombinálta. Megállapításaik, amelyeket ben publikáltak Természetfizika, bizonyítják, hogy a rákos sejtek jelentős százaléka nagyfokú mechanikai deformálhatóságra tesz szert, hogy mobilabbá váljon, és ennek következtében képesek bejutni a sűrű környező szövetekbe.
Már ismert, hogy a rákos sejtek dedifferenciálódáson mennek keresztül, amely folyamat során egy rendezetlenebb állapot felé haladnak, lágyabb citoszkeletonnal. Ismeretes azonban, hogy a sejtaggregátumok elakadást mutatnak, ami megakadályozza a sejtek további terjedését. Ez kiemeli a szilárd-folyadék átmenetek mechanikai hatását a szövetek tömegének viselkedésére.
Ezenkívül a kutatások kimutatták, hogy a tumorsejt-klaszterek folyékonyságát vagy merevségét a sejtek feloldása szabályozza. A rákos sejtekről is ismert, hogy erősen mechanoszenzitívek – mechanikusan képesek alkalmazkodni mikrokörnyezetükhöz.
„Az a paradoxon, hogy az emlődaganatokban a lágyabbá váló sejtek valójában az eredeti szövetnél keményebb szerkezetet alkotnak, csak látszólagos ellentmondás” – magyarázza. Käs József ból ből Lipcsei Egyetem. "Ez a hatás tovább fokozódik, mert itt az egészséges emlőben lévő nagyon lágy zsírsejteket hasonlítják össze az egészséges hámsejteknél puhább, de a zsírsejteknél még mindig lényegesen keményebb sejtekkel."
A fizikusok által végzett számítógépes szimulációk motiválják Northeastern University, a Kaliforniai Egyetem, Santa Barbara és a Syracuse EgyetemKäs csoportja emlő- és méhnyakrákból származó szövetexplantátumokat vizsgált különféle technikákkal, beleértve az atomerő-mikroszkópos (AFM) alapú tömeges szöveti reológiát. Együttműködésben egy csapattal rákkutatók és a patológusok at Lipcsei Egyetemi Kórház és a Albert Einstein Orvostudományi Főiskola, kimutatták néhány merev cellából álló szilárd sziget létezését, amelyeket lágy, mobil sejtek mechanikai feszültséghidai kötnek össze.
Sejtvándorlás Egy behatoló sejt (zöld) szimulációi, amelyek merev (világoskék) és lágy (sötétkék) sejteket egyaránt tartalmazó szöveten mozognak. Felül: a szövet elakadt, szilárd állapotban van, és a behatoló sejt elakadt és nem tud mozogni. Központ: heterogén szövetben a behatoló sejt erősen szakaszos migrációs dinamikát mutat. Alul: a szövet teljesen elakadt, folyadékszerű állapotban van, és a behatoló sejt viszonylag könnyen mozog. (Jóvolt: Max Bi, Xinzhi Li)
Az AFM egy pásztázó szondán alapuló mikroszkópos technika szubnanometrikus felbontással. Ebben a tanulmányban a kutatók a technikát arra használták, hogy ismereteket szerezzenek a mechanikai paraméterekről, például a tumorsejtek rugalmasságáról az élő tumorexplantátumokban. Ez lehetővé tette számukra, hogy rögzítsék a szöveti merevség lokális, heterogén eloszlását, mivel az AFM térképek merev (elakadt) és lágy (nem elakadt) régiókat is megjelenítenek.
A fizika rávilágít arra, hogyan terjed a mellrák a csontokra
Ezt a szerkezetet tovább erősítették a létfontosságú sejtek követése a rákos sejtszferoidokon keresztül. A kutatók rávilágítottak arra, hogy ez a heterogén állapot kellőképpen stabilizálja a szövetet ahhoz, hogy lehetővé tegye a daganat növekedését, miközben rugalmasságot biztosít a lágy, mozgékony sejtek számára, hogy kiszabaduljanak a daganatból, és ennek következtében áttéteket képezzenek.
Thomas Fuhs, a tanulmány egyik vezető szerzője optimista, hogy legújabb eredményeik új betekintést adnak a rákos sejtek és a daganatos szövetek mechanikájába. Pontosabban, az, hogy a daganat sejtjei teljesen elakadtak-e – mint az egészséges szövetekben –, vagy képesek-e feloldódni és felpuhulni, az nagymértékben meghatározza, hogy a daganat áttétet képez-e vagy sem.
