Tipicamente pensiamo a un tumore come a un grumo rigido di cellule cancerose; ma come potrebbe un ammasso così rigido invadere il suo microambiente circostante? Per rispondere a questa domanda, una collaborazione internazionale di ricercatori ha combinato simulazioni al computer con misurazioni meccaniche. I loro risultati, pubblicati in Fisica della natura, dimostrano che una percentuale considerevole di cellule tumorali acquisisce un alto grado di deformabilità meccanica per diventare più mobile e di conseguenza è in grado di entrare nel tessuto circostante denso.
È già riconosciuto che le cellule tumorali subiscono la dedifferenziazione, un processo in cui si muovono verso uno stato più disordinato con un citoscheletro più morbido. Tuttavia, è noto che gli aggregati cellulari presentano inceppamenti, che impediscono un'ulteriore diffusione delle cellule. Ciò evidenzia l'impatto meccanico delle transizioni solido-fluido sul comportamento della massa tissutale.
Inoltre, la ricerca ha dimostrato che la fluidità o la rigidità dei cluster di cellule tumorali è regolata dal disordine cellulare. Le cellule tumorali sono anche note per essere altamente meccanosensibili: possono adattarsi meccanicamente al loro microambiente.
«Il paradosso che nei tumori al seno le cellule che diventano più morbide formano in realtà una struttura più dura del tessuto originale è solo un'apparente contraddizione», spiega Giuseppe Kas da Università di Lipsia. "Questo effetto è ulteriormente migliorato perché qui, principalmente cellule adipose molto morbide nel seno sano vengono confrontate con cellule più morbide delle cellule epiteliali sane, ma ancora significativamente più dure delle cellule adipose".
Motivato da simulazioni al computer eseguite dai fisici a Northeastern University, le University of California, Santa Barbara ed Syracuse University, il gruppo di Käs ha studiato gli espianti di tessuto da cancro al seno e cervicale utilizzando varie tecniche, tra cui la reologia del tessuto in massa basata sulla microscopia a forza atomica (AFM). Lavorando in collaborazione con un team di ricercatori sul cancro ed patologi at Ospedale universitario di Lipsia ed Albert Einstein College of Medicine, hanno dimostrato l'esistenza di poche isole solide di cellule rigide, collegate da ponti di sollecitazione meccanica di cellule morbide e mobili.
Migrazione cellulare Simulazioni di una cellula invadente (verde) che si muove attraverso un tessuto contenente sia cellule rigide (azzurro) che morbide (blu scuro). In alto: il tessuto è in uno stato inceppato, simile al solido e la cellula invasiva è bloccata e non può muoversi. Centro: nel tessuto eterogeneo la cellula invadente mostra dinamiche migratorie altamente intermittenti. In basso: il tessuto si trova in uno stato completamente libero, simile a un fluido e la cellula invasore si muove con relativa facilità. (Per gentile concessione: Max Bi, Xinzhi Li)
L'AFM è una tecnica di microscopia basata su sonda a scansione con risoluzione subnanometrica. In questo studio, i ricercatori hanno utilizzato la tecnica per acquisire conoscenze sui parametri meccanici come l'elasticità delle cellule tumorali attraverso gli espianti tumorali vivi. Ciò ha permesso loro di catturare la distribuzione locale ed eterogenea della rigidità dei tessuti, poiché le mappe AFM mostrano regioni sia rigide (inceppate) che morbide (non inceppate).
La fisica fa luce su come il cancro al seno si diffonde alle ossa
Questa struttura è stata ulteriormente confermata dal monitoraggio delle cellule vitali attraverso gli sferoidi delle cellule tumorali. I ricercatori chiariscono che questo stato eterogeneo stabilizza il tessuto sufficientemente da consentire la crescita del tumore, fornendo flessibilità alle cellule molli e mobili per sfuggire al tumore e di conseguenza formare metastasi.
Thomas Fuhs, uno degli autori principali di questo studio, è ottimista sul fatto che i loro ultimi risultati aggiungano nuove informazioni sui meccanismi delle cellule tumorali e del tessuto tumorale. Più esplicitamente, il fatto che le cellule di un tumore rimangano completamente bloccate – come nel tessuto sano – o siano in grado di sbloccarsi e ammorbidirsi può fare la differenza sul fatto che un tumore metastatizzi o meno.
