Zazwyczaj myślimy o guzie jako o sztywnej bryle komórek nowotworowych; ale w jaki sposób taka sztywna gromada mogła zaatakować otaczające ją mikrośrodowisko? Aby odpowiedzieć na to pytanie, naukowcy w ramach międzynarodowej współpracy połączyli symulacje komputerowe z pomiarami mechanicznymi. Ich ustalenia, opublikowane w Fizyka przyrodypokazują, że znaczny odsetek komórek nowotworowych uzyskuje wysoki stopień mechanicznej deformacji, aby stać się bardziej mobilnymi, a co za tym idzie, zdolnymi do wnikania w gęstą otaczającą tkankę.
Wiadomo już, że komórki nowotworowe przechodzą odróżnicowanie, proces, w którym przechodzą do bardziej nieuporządkowanego stanu z bardziej miękkim cytoszkieletem. Wiadomo jednak, że agregaty komórek wykazują zakleszczanie, co zapobiega dalszemu rozprzestrzenianiu się komórek. Podkreśla to mechaniczny wpływ przejść ciało stałe-płyn na zachowanie masy tkanki.
Ponadto badania wykazały, że płynność lub sztywność skupisk komórek nowotworowych jest regulowana przez odblokowanie komórek. Wiadomo również, że komórki nowotworowe są bardzo wrażliwe na mechanizmy – mogą mechanicznie dostosowywać się do swojego mikrośrodowiska.
„Paradoks polegający na tym, że w guzach piersi komórki, które stają się bardziej miękkie, w rzeczywistości tworzą strukturę twardszą niż pierwotna tkanka, jest tylko pozorną sprzecznością” — wyjaśnia. Józef Kas od Uniwersytet w Lipsku. „Efekt ten jest dodatkowo wzmocniony, ponieważ w tym przypadku porównuje się głównie bardzo miękkie komórki tłuszczowe w zdrowej piersi z komórkami, które są bardziej miękkie niż zdrowe komórki nabłonkowe, ale wciąż znacznie twardsze niż komórki tłuszczowe”.
Zmotywowany symulacjami komputerowymi wykonanymi przez fizyków o Northeastern UniversityThe University of California w Santa Barbara i Syracuse University, grupa Käsa badała eksplantaty tkanek z raków piersi i szyjki macicy przy użyciu różnych technik, w tym reologii tkanek masowych opartej na mikroskopii sił atomowych (AFM). Współpracując z zespołem ds badacze raka i patologowie at Szpital Uniwersytecki w Lipsku i Wyższa Szkoła Medyczna im. Alberta Einsteina, wykazali istnienie kilku stałych wysp sztywnych komórek, połączonych mechanicznymi mostkami naprężeń miękkich, ruchomych komórek.
Migracja komórek Symulacje atakującej komórki (kolor zielony) poruszającej się przez tkankę zawierającą zarówno komórki sztywne (jasnoniebieskie), jak i miękkie (ciemnoniebieskie). Góra: tkanka jest zablokowana, przypomina ciało stałe, a atakująca komórka utknęła i nie może się poruszać. Środek: w heterogenicznej tkance komórka atakująca wykazuje wysoce nieciągłą dynamikę migracji. Dół: tkanka jest w stanie całkowicie niezablokowanym, przypominającym płyn, a atakująca komórka porusza się ze względną łatwością. (Dzięki uprzejmości: Max Bi, Xinzhi Li)
AFM to technika mikroskopii oparta na sondzie skanującej o rozdzielczości poniżej nanometra. W tym badaniu naukowcy wykorzystali tę technikę, aby zdobyć wiedzę na temat parametrów mechanicznych, takich jak elastyczność komórek nowotworowych w żywych eksplantatach guza. Umożliwiło to uchwycenie lokalnego, heterogenicznego rozkładu sztywności tkanek, ponieważ mapy AFM przedstawiają zarówno sztywne (zakleszczone), jak i miękkie (niezakleszczone) obszary.
Fizyka rzuca światło na sposób, w jaki rak piersi rozprzestrzenia się na kości
Struktura ta została dodatkowo potwierdzona przez śledzenie żywotnych komórek w sferoidach komórek nowotworowych. Naukowcy wyjaśniają, że ten heterogeniczny stan stabilizuje tkankę na tyle, aby umożliwić wzrost guza, zapewniając jednocześnie elastyczność miękkim, ruchliwym komórkom, aby mogły uciec z guza i w konsekwencji tworzyć przerzuty.
Tomasza Fuhsa, jeden z głównych autorów tego badania, jest optymistą, że ich najnowsze wyniki wnoszą nowy wgląd w mechanikę komórek nowotworowych i tkanki nowotworowej. Mówiąc dokładniej, to, czy komórki w guzie pozostają całkowicie zablokowane – jak w zdrowej tkance – czy też są w stanie odblokować się i zmiękczyć, może mieć decydujące znaczenie dla tego, czy guz daje przerzuty, czy nie.
