Vi tenker vanligvis på en svulst som en stiv klump av kreftceller; men hvordan kunne en så rigid klynge invadere det omkringliggende mikromiljøet? For å svare på dette spørsmålet har et internasjonalt samarbeid av forskere kombinert datasimuleringer med mekaniske målinger. Funnene deres, publisert i Naturfysikk, demonstrerer at en betydelig prosentandel av kreftceller oppnår en høy grad av mekanisk deformerbarhet for å bli mer mobile, og følgelig er i stand til å gå inn i tett omgivende vev.
Det er allerede anerkjent at kreftceller gjennomgår dedifferensiering, en prosess der de beveger seg mot en mer uordnet tilstand med et mykere cytoskjelett. Imidlertid er celleaggregater kjent for å ha jamming, noe som forhindrer videre spredning av celler. Dette fremhever den mekaniske påvirkningen av fast-væske-overganger på vevsmasseoppførsel.
Videre har forskning vist at fluiditeten eller stivheten til tumorcelleklynger reguleres av cellefrigjøring. Kreftceller er også kjent for å være svært mekanosensitive - de kan mekanisk tilpasse seg mikromiljøet.
"Det paradoksale at i brystsvulster danner celler som blir mykere faktisk en struktur som er hardere enn det opprinnelige vevet, er bare en tilsynelatende motsetning," forklarer Joseph Käs fra Leipzig University. "Denne effekten er ytterligere forsterket fordi her sammenlignes hovedsakelig veldig myke fettceller i det friske brystet med celler som er mykere enn sunne epitelceller, men fortsatt betydelig hardere enn fettceller."
Motivert av datasimuleringer utført av fysikere kl Northeastern Universityden University of California, Santa Barbara og Syracuse University, undersøkte Käss gruppe vevseksplantater fra bryst- og livmorhalskreft ved bruk av ulike teknikker, inkludert atom-kraft-mikroskopi (AFM)-basert bulkvevsreologi. Jobber i samarbeid med et team av kreftforskere og patologer at Leipzig universitetssykehus og Albert Einstein College of Medicine, demonstrerte de eksistensen av noen få solide øyer av stive celler, forbundet med mekaniske stressbroer av myke, mobile celler.
Cellemigrasjon Simuleringer av en invaderende celle (grønn) som beveger seg gjennom vev som inneholder både stive (lyseblå) og myke (mørkeblå) celler. Øverst: vevet er i en fastklemt, fast-lignende tilstand og den invaderende cellen sitter fast og kan ikke bevege seg. Sentrum: i heterogent vev viser den invaderende cellen svært intermitterende migrasjonsdynamikk. Nederst: vevet er i en helt fri, væskelignende tilstand og den invaderende cellen beveger seg relativt lett. (Med tillatelse: Max Bi, Xinzhi Li)
AFM er en skanningsprobebasert mikroskopiteknikk med subnanometeroppløsning. I denne studien brukte forskerne teknikken for å få kunnskap om mekaniske parametere som tumorcelleelastisitet på tvers av levende tumoreksplantater. Dette gjorde dem i stand til å fange opp den lokale, heterogene fordelingen av vevsstivhet, ettersom AFM-kartene viser både stive (fastkjørte) og myke (ikke fastkjørte) regioner.
Fysikk kaster lys over hvordan brystkreft sprer seg til bein
Denne strukturen ble ytterligere bekreftet ved å spore vitale celler på tvers av kreftcellesfæroider. Forskerne belyser at denne heterogene tilstanden stabiliserer vevet tilstrekkelig til å tillate tumorvekst, samtidig som det gir fleksibilitet for myke, bevegelige celler til å unnslippe svulsten og følgelig danne metastaser.
Thomas Fuhs, en av hovedforfatterne av denne studien, er optimistisk at deres siste resultater gir ny innsikt i mekanikken til kreftceller og tumorvev. Mer eksplisitt, om cellene i en svulst forblir helt fastklemt – som i sunt vev – eller er i stand til å løsne og myke opp, kan utgjøre hele forskjellen for om en svulst metastaserer eller ikke.
