Обычно мы думаем об опухоли как о жестком комке раковых клеток; но как такой жесткий кластер мог вторгнуться в окружающую его микросреду? Чтобы ответить на этот вопрос, международное сотрудничество исследователей объединило компьютерное моделирование с механическими измерениями. Их выводы, опубликованные в Физика природы, демонстрируют, что значительный процент раковых клеток приобретает высокую степень механической деформируемости, становится более подвижным и, следовательно, способен проникать в плотные окружающие ткани.
Уже известно, что раковые клетки подвергаются дедифференцировке, процессу, в котором они движутся к более неупорядоченному состоянию с более мягким цитоскелетом. Однако известно, что клеточные агрегаты заклиниваются, что препятствует дальнейшему распространению клеток. Это подчеркивает механическое воздействие переходов твердой фазы в жидкость на объемное поведение ткани.
Кроме того, исследования показали, что текучесть или жесткость кластеров опухолевых клеток регулируется расщеплением клеток. Известно также, что раковые клетки обладают высокой механочувствительностью — они могут механически адаптироваться к своему микроокружению.
«Парадокс, заключающийся в том, что в опухолях молочной железы клетки, которые становятся более мягкими, на самом деле образуют структуру, более твердую, чем исходная ткань, является лишь кажущимся противоречием», — объясняет Джозеф Кас от Лейпцигский университет. «Этот эффект еще больше усиливается, потому что здесь в основном очень мягкие жировые клетки в здоровой груди сравниваются с клетками, которые мягче, чем здоровые эпителиальные клетки, но все же значительно тверже, чем жировые клетки».
Мотивировано компьютерным моделированием, выполненным физиками из Северо-восточный университет, Калифорнийский университет в Санта-Барбаре и Syracuse UniversityГруппа Кеса исследовала эксплантаты тканей рака груди и шейки матки, используя различные методы, в том числе реологию объемных тканей на основе атомно-силовой микроскопии (АСМ). Работа в сотрудничестве с командой из исследователи рака и патологи at Клиника Лейпцигского университета и Медицинский колледж Альберта Эйнштейна, они продемонстрировали существование нескольких твердых островков жестких клеток, соединенных мостиками механического напряжения мягких, подвижных клеток.
Клеточная миграция Моделирование вторгающейся клетки (зеленый), движущейся через ткань, содержащую как жесткие (голубые), так и мягкие (темно-синие) клетки. Вверху: ткань находится в зажатом, твердом состоянии, а инвазирующая клетка застряла и не может двигаться. В центре: в гетерогенной ткани инвазирующая клетка демонстрирует очень прерывистую динамику миграции. Внизу: ткань находится в полностью свободном, жидкообразном состоянии, и инвазирующая клетка перемещается относительно легко. (Предоставлено: Макс Би, Синьчжи Ли)
АСМ — это метод сканирующей зондовой микроскопии с субнанометровым разрешением. В этом исследовании исследователи использовали эту технику, чтобы получить информацию о механических параметрах, таких как эластичность опухолевых клеток в живых опухолевых эксплантатах. Это позволило им зафиксировать локальное неоднородное распределение жесткости ткани, поскольку карты АСМ отображают как жесткие (замятые), так и мягкие (незамятые) области.
Физика проливает свет на то, как рак молочной железы распространяется на кости
Эта структура была дополнительно подтверждена путем отслеживания жизненно важных клеток через сфероиды раковых клеток. Исследователи выясняют, что это гетерогенное состояние стабилизирует ткань в достаточной степени, чтобы обеспечить рост опухоли, в то же время обеспечивая гибкость для мягких, подвижных клеток, чтобы избежать опухоли и, следовательно, сформировать метастазы.
Томас Фус, один из ведущих авторов этого исследования, с оптимизмом смотрит на то, что их последние результаты дают новое представление о механике раковых клеток и опухолевой ткани. Точнее, то, остаются ли клетки в опухоли полностью зажатыми, как в здоровой ткани, или способны расцепиться и размякнуть, может иметь решающее значение для того, метастазирует опухоль или нет.
