Kami biasanya menganggap tumor sebagai gumpalan sel kanker yang kaku; tetapi bagaimana gugus yang kaku seperti itu dapat menginvasi lingkungan mikro di sekitarnya? Untuk menjawab pertanyaan ini, kolaborasi peneliti internasional telah menggabungkan simulasi komputer dengan pengukuran mekanis. Temuan mereka, diterbitkan di Fisika Alam, menunjukkan bahwa persentase yang cukup besar dari sel-sel kanker memperoleh derajat deformabilitas mekanik yang tinggi untuk menjadi lebih mobile, dan akibatnya dapat memasuki jaringan padat di sekitarnya.
Telah diketahui bahwa sel-sel kanker mengalami dedifferensiasi, suatu proses di mana mereka bergerak menuju keadaan yang lebih tidak teratur dengan sitoskeleton yang lebih lunak. Namun, agregat sel diketahui menunjukkan kemacetan, yang mencegah penyebaran sel lebih lanjut. Ini menyoroti dampak mekanis dari transisi padat-cairan pada perilaku jaringan massal.
Selain itu, penelitian telah menunjukkan bahwa fluiditas atau kekakuan kluster sel tumor diatur oleh pelepasan sel. Sel kanker juga dikenal sangat mekanosensitif – mereka dapat secara mekanis beradaptasi dengan lingkungan mikro mereka.
“Paradoks bahwa pada tumor payudara, sel-sel yang menjadi lebih lunak sebenarnya membentuk struktur yang lebih keras daripada jaringan aslinya hanyalah kontradiksi yang nyata,” jelas Joseph Kas dari Universitas Leipzig. “Efek ini semakin ditingkatkan karena di sini, terutama sel-sel lemak yang sangat lunak di payudara yang sehat dibandingkan dengan sel-sel yang lebih lembut daripada sel epitel yang sehat, tetapi masih jauh lebih keras daripada sel lemak.”
Termotivasi oleh simulasi komputer yang dilakukan oleh fisikawan di Northeastern University, yang University of California, Santa Barbara dan Syracuse University, kelompok Käs menyelidiki eksplan jaringan dari kanker payudara dan serviks menggunakan berbagai teknik, termasuk reologi jaringan massal berbasis atom-force-microscopy (AFM). Bekerja sama dengan tim dari peneliti kanker dan ahli patologi at Rumah Sakit Universitas Leipzig dan Fakultas Kedokteran Albert Einstein, mereka mendemonstrasikan keberadaan beberapa pulau padat dari sel-sel kaku, yang dihubungkan oleh jembatan tekanan mekanis dari sel-sel yang lunak dan bergerak.
Migrasi sel Simulasi sel penyerang (hijau) bergerak melalui jaringan yang mengandung sel kaku (biru muda) dan lunak (biru tua). Atas: jaringan dalam keadaan macet, seperti padat dan sel penyerang macet dan tidak bisa bergerak. Pusat: dalam jaringan heterogen, sel yang menginvasi menunjukkan dinamika migrasi yang sangat terputus-putus. Bawah: jaringan berada dalam kondisi yang sepenuhnya tidak macet, seperti cairan dan sel yang menyerang bergerak dengan relatif mudah. (Sumber: Max Bi, Xinzhi Li)
AFM adalah teknik mikroskop berbasis probe pemindaian dengan resolusi subnanometer. Dalam penelitian ini, para peneliti menggunakan teknik tersebut untuk mendapatkan pengetahuan tentang parameter mekanis seperti elastisitas sel tumor di seluruh eksplan tumor hidup. Ini memungkinkan mereka untuk menangkap distribusi lokal kekakuan jaringan yang heterogen, karena peta AFM menampilkan daerah kaku (macet) dan lunak (tidak macet).
Fisika menjelaskan bagaimana kanker payudara menyebar ke tulang
Struktur ini selanjutnya dikonfirmasi dengan melacak sel-sel vital di seluruh spheroid sel kanker. Para peneliti menjelaskan bahwa keadaan heterogen ini cukup menstabilkan jaringan untuk memungkinkan pertumbuhan tumor, sambil memberikan fleksibilitas untuk sel-sel lunak dan motil untuk keluar dari tumor dan akibatnya membentuk metastasis.
Thomas Fuhs, salah satu penulis utama studi ini, optimis hasil terbaru mereka menambah wawasan baru tentang mekanisme sel kanker dan jaringan tumor. Secara lebih eksplisit, apakah sel-sel dalam tumor tetap benar-benar macet – seperti pada jaringan sehat – atau mampu melepaskan dan melunak dapat membuat semua perbedaan, apakah tumor bermetastasis atau tidak.
