We denken meestal aan een tumor als een stijve klomp kankercellen; maar hoe kan zo'n rigide cluster zijn omringende micro-omgeving binnendringen? Om deze vraag te beantwoorden heeft een internationaal samenwerkingsverband van onderzoekers computersimulaties gecombineerd met mechanische metingen. Hun bevindingen, gepubliceerd in Natuurfysica, tonen aan dat een aanzienlijk percentage kankercellen een hoge mate van mechanische vervormbaarheid verwerven om mobieler te worden en daardoor in staat zijn dicht omliggend weefsel binnen te dringen.
Het is al bekend dat kankercellen dedifferentiatie ondergaan, een proces waarbij ze naar een meer ongeordende toestand gaan met een zachter cytoskelet. Het is echter bekend dat celaggregaten vastlopen vertonen, wat verdere verspreiding van cellen voorkomt. Dit benadrukt de mechanische impact van overgangen tussen vaste stof en vloeistof op het gedrag van weefselmassa.
Bovendien heeft onderzoek aangetoond dat de vloeibaarheid of stijfheid van tumorcelclusters wordt gereguleerd door celontstoring. Van kankercellen is ook bekend dat ze zeer mechanisch gevoelig zijn - ze kunnen zich mechanisch aanpassen aan hun micro-omgeving.
"De paradox dat bij borsttumoren cellen die zachter worden eigenlijk een structuur vormen die harder is dan het oorspronkelijke weefsel, is slechts een schijnbare tegenstrijdigheid", legt hij uit. Joseph Kas oppompen van Universiteit van Leipzig. “Dit effect wordt nog versterkt doordat hier vooral zeer zachte vetcellen in de gezonde borst worden vergeleken met cellen die zachter zijn dan gezonde epitheelcellen, maar toch beduidend harder dan vetcellen.”
Gemotiveerd door computersimulaties uitgevoerd door natuurkundigen van Northeastern University University of California, Santa Barbara en Syracuse University, onderzocht de groep van Käs weefselexplantaten van borst- en baarmoederhalskanker met behulp van verschillende technieken, waaronder op atomic-force-microscopie (AFM) gebaseerde reologie van bulkweefsel. Samenwerken met een team van kankeronderzoekers en pathologen at Universitair Ziekenhuis Leipzig en Albert Einstein College of Medicinetoonden ze het bestaan aan van enkele vaste eilanden van stijve cellen, verbonden door mechanische spanningsbruggen van zachte, mobiele cellen.
celmigratie Simulaties van een binnendringende cel (groen) die door weefsel beweegt dat zowel stijve (lichtblauwe) als zachte (donkerblauwe) cellen bevat. Boven: het weefsel zit in een vastgelopen, vaste toestand en de binnendringende cel zit vast en kan niet bewegen. Midden: in heterogeen weefsel vertoont de binnendringende cel een zeer intermitterende migratiedynamiek. Bodem: het weefsel bevindt zich in een volledig onbelemmerde, vloeistofachtige toestand en de binnendringende cel beweegt relatief gemakkelijk. (Met dank aan: Max Bi, Xinzhi Li)
AFM is een op scanning probe gebaseerde microscopietechniek met een resolutie van minder dan een nanometer. In deze studie gebruikten de onderzoekers de techniek om kennis te verwerven van mechanische parameters zoals de elasticiteit van tumorcellen over de levende tumorexplantaten. Hierdoor konden ze de lokale, heterogene verdeling van weefselstijfheid vastleggen, aangezien de AFM-kaarten zowel stijve (vastgelopen) als zachte (niet-vastgelopen) gebieden weergeven.
Natuurkunde werpt licht op hoe borstkanker zich verspreidt naar het bot
Deze structuur werd verder bevestigd door vitale cellen te volgen over sferoïden van kankercellen. De onderzoekers leggen uit dat deze heterogene toestand het weefsel voldoende stabiliseert om tumorgroei mogelijk te maken, terwijl zachte, beweeglijke cellen flexibiliteit krijgen om aan de tumor te ontsnappen en bijgevolg metastasen te vormen.
Thomas Fuhs, een van de hoofdauteurs van deze studie, is optimistisch dat hun nieuwste resultaten nieuw inzicht geven in de mechanica van kankercellen en tumorweefsel. Meer expliciet, of de cellen in een tumor volledig vast blijven zitten - zoals in gezond weefsel - of in staat zijn om los te komen en zacht te worden, kan het verschil maken of een tumor uitzaait of niet.
