Normalmente pensamos em um tumor como um nódulo rígido de células cancerígenas; mas como um aglomerado tão rígido poderia invadir seu microambiente circundante? Para responder a essa pergunta, uma colaboração internacional de pesquisadores combinou simulações de computador com medições mecânicas. Suas descobertas, publicadas na Física da Natureza, demonstram que uma porcentagem considerável de células cancerígenas adquire um alto grau de deformabilidade mecânica para se tornar mais móvel e, conseqüentemente, capaz de entrar no tecido denso circundante.
Já é reconhecido que as células cancerígenas sofrem desdiferenciação, processo no qual elas se movem para um estado mais desordenado com um citoesqueleto mais mole. No entanto, sabe-se que os agregados celulares exibem obstrução, o que impede a propagação adicional das células. Isso destaca o impacto mecânico das transições sólido-fluido no comportamento do volume do tecido.
Além disso, a pesquisa mostrou que a fluidez ou rigidez dos aglomerados de células tumorais é regulada pelo desbloqueio celular. As células cancerígenas também são conhecidas por serem altamente mecanossensíveis – elas podem se adaptar mecanicamente ao seu microambiente.
“O paradoxo de que nos tumores de mama as células que se tornam mais moles na verdade formam uma estrutura mais dura do que o tecido original é apenas uma contradição aparente”, explica Joseph Kas da Universidade de Leipzig. “Esse efeito é ainda mais aprimorado porque aqui, principalmente células de gordura muito macias na mama saudável são comparadas com células que são mais macias do que as células epiteliais saudáveis, mas ainda significativamente mais duras do que as células de gordura”.
Motivado por simulações de computador realizadas por físicos em Northeastern University, Universidade da Califórnia, Santa Barbara e Syracuse University, o grupo de Käs investigou explantes de tecido de câncer de mama e cervical usando várias técnicas, incluindo reologia de tecido a granel baseada em microscopia de força atômica (AFM). Trabalhando em colaboração com uma equipe de pesquisadores de câncer e patologistas at Hospital Universitário de Leipzig e Faculdade de Medicina Albert Einstein, eles demonstraram a existência de algumas ilhas sólidas de células rígidas, conectadas por pontes de estresse mecânico de células móveis e moles.
Migração celular Simulações de uma célula invasora (verde) movendo-se através de tecido contendo células rígidas (azul claro) e moles (azul escuro). Parte superior: o tecido está em um estado sólido e preso e a célula invasora está presa e não pode se mover. Centro: em tecido heterogêneo, a célula invasora apresenta uma dinâmica de migração altamente intermitente. Parte inferior: o tecido está em um estado totalmente desobstruído, semelhante a um fluido, e a célula invasora se move com relativa facilidade. (Cortesia: Max Bi, Xinzhi Li)
AFM é uma técnica de microscopia de varredura baseada em sonda com resolução subnanométrica. Neste estudo, os pesquisadores usaram a técnica para obter conhecimento dos parâmetros mecânicos, como a elasticidade das células tumorais nos explantes tumorais vivos. Isso permitiu que eles capturassem a distribuição local e heterogênea da rigidez do tecido, pois os mapas AFM exibem regiões rígidas (encravadas) e macias (não encravadas).
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Essa estrutura foi confirmada pelo rastreamento de células vitais em esferóides de células cancerígenas. Os pesquisadores elucidam que esse estado heterogêneo estabiliza o tecido o suficiente para permitir o crescimento do tumor, ao mesmo tempo em que fornece flexibilidade para células moles e móveis escaparem do tumor e, conseqüentemente, formarem metástases.
Thomas Fuhs, um dos principais autores deste estudo, está otimista de que seus resultados mais recentes adicionam uma nova visão sobre a mecânica das células cancerígenas e do tecido tumoral. Mais explicitamente, se as células de um tumor permanecem completamente obstruídas – como no tecido saudável – ou são capazes de desobstruir e amolecer pode fazer toda a diferença se um tumor metastatiza ou não.
