De obicei ne gândim la o tumoare ca la un bulgăre rigid de celule canceroase; dar cum ar putea un grup atât de rigid să invadeze micromediul înconjurător? Pentru a răspunde la această întrebare, o colaborare internațională a cercetătorilor a combinat simulările computerizate cu măsurătorile mecanice. Descoperirile lor, publicate în Fizica naturii, demonstrează că un procent considerabil de celule canceroase dobândesc un grad ridicat de deformabilitate mecanică pentru a deveni mai mobile și, în consecință, sunt capabile să pătrundă în țesutul dens din jur.
Este deja recunoscut că celulele canceroase suferă dediferențiere, proces în care se îndreaptă către o stare mai dezordonată cu un citoschelet mai moale. Cu toate acestea, se știe că agregatele celulare prezintă blocaj, ceea ce împiedică răspândirea în continuare a celulelor. Acest lucru evidențiază impactul mecanic al tranzițiilor solid-fluid asupra comportamentului în vrac a țesuturilor.
Mai mult, cercetările au arătat că fluiditatea sau rigiditatea grupurilor de celule tumorale este reglementată de deblocarea celulelor. Celulele canceroase sunt, de asemenea, cunoscute ca fiind foarte mecanosensibile - se pot adapta mecanic la micromediul lor.
„Paradoxul conform căruia, în tumorile mamare, celulele care devin mai moi formează de fapt o structură mai dură decât țesutul original este doar o aparentă contradicție”, explică. Joseph Käs din Universitatea din Leipzig. „Acest efect este sporit și mai mult deoarece aici, în principal celulele adipoase foarte moi din sânul sănătos sunt comparate cu celulele care sunt mai moi decât celulele epiteliale sănătoase, dar totuși semnificativ mai dure decât celulele adipoase.”
Motivat de simulările pe computer efectuate de fizicienii de la Universitatea Northeastern, Universitatea din California, Santa Barbara și Syracuse University, grupul lui Käs a investigat explantele de țesut din cancerele de sân și de col uterin folosind diferite tehnici, inclusiv reologia țesutului în vrac bazată pe microscopie cu forță atomică (AFM). Lucrează în colaborare cu o echipă de cercetătorii în cancer și patologi at Spitalul Universitar din Leipzig și Colegiul de Medicină Albert Einstein, au demonstrat existența câtorva insule solide de celule rigide, conectate prin punți mecanice de stres ale celulelor moi, mobile.
Migrația celulară Simulări ale unei celule invadatoare (verde) care se deplasează prin țesut care conține atât celule rigide (albastru deschis), cât și celule moi (albastru închis). Sus: țesutul se află într-o stare blocată, asemănătoare unui solid, iar celula invadatoare este blocată și nu se poate mișca. Centru: în țesutul eterogen, celula invadatoare prezintă o dinamică de migrare foarte intermitentă. Partea de jos: țesutul este într-o stare complet neblocata, asemănătoare unui fluid, iar celula invadatoare se mișcă cu relativă ușurință. (Cu amabilitatea: Max Bi, Xinzhi Li)
AFM este o tehnică de microscopie bazată pe sonde de scanare cu rezoluție subnanometrică. În acest studiu, cercetătorii au folosit tehnica pentru a obține cunoștințe despre parametrii mecanici, cum ar fi elasticitatea celulelor tumorale în explantele tumorale vii. Acest lucru le-a permis să surprindă distribuția locală, eterogenă a rigidității țesuturilor, deoarece hărțile AFM afișează atât regiuni rigide (blocate) cât și moi (neblocate).
Fizica aruncă lumină asupra modului în care cancerul de sân se răspândește la oase
Această structură a fost confirmată în continuare prin urmărirea celulelor vitale de-a lungul sferoidelor celulelor canceroase. Cercetătorii elucidează că această stare eterogenă stabilizează țesutul suficient pentru a permite creșterea tumorii, oferind în același timp flexibilitate celulelor moi și mobile pentru a scăpa de tumoră și, în consecință, a forma metastaze.
Thomas Fuhs, unul dintre autorii principali ai acestui studiu, este optimist că ultimele lor rezultate adaugă o nouă perspectivă asupra mecanicii celulelor canceroase și a țesutului tumoral. Mai explicit, dacă celulele dintr-o tumoare rămân complet blocate - ca în țesutul sănătos - sau sunt capabile să se deblocheze și să se înmoaie, poate face toată diferența dacă o tumoare metastazează sau nu.
