Зазвичай ми думаємо про пухлину як про тверду грудку ракових клітин; але як такий жорсткий кластер міг вторгнутися в навколишнє його мікросередовище? Щоб відповісти на це питання, міжнародна співпраця дослідників поєднала комп’ютерне моделювання з механічними вимірюваннями. Їх висновки, опубліковані в Фізика природи, демонструють, що значний відсоток ракових клітин набуває високого ступеня механічної деформованості, щоб стати більш рухливими, і, отже, здатні проникати в щільну навколишню тканину.
Вже відомо, що ракові клітини піддаються дедиференціації, процесу, під час якого вони переходять до більш невпорядкованого стану з м’якшим цитоскелетом. Однак відомо, що клітинні агрегати демонструють блокування, що запобігає подальшому поширенню клітин. Це підкреслює механічний вплив переходів тверда речовина в рідину на об’ємну поведінку тканини.
Більше того, дослідження показали, що текучість або жорсткість кластерів пухлинних клітин регулюється розблокуванням клітин. Ракові клітини також відомі як високомеханочутливі – вони можуть механічно адаптуватися до свого мікрооточення.
«Парадокс, що в пухлинах молочної залози клітини, які стають м’якшими, насправді утворюють структуру, твердішу за вихідну тканину, є лише уявною суперечністю», – пояснює Джозеф Кес від Лейпцигський університет. «Цей ефект ще більше посилюється, тому що в основному дуже м’які жирові клітини здорових грудей порівнюються з клітинами, які є м’якшими за здорові епітеліальні клітини, але все ще значно твердішими за жирові клітини».
Мотивований комп’ютерним моделюванням, виконаним фізиками в Північно-східний університет, Каліфорнійський університет в Санта-Барбарі та Сіракузького університет, група Кеса досліджувала тканинні експлантати раку молочної залози та шийки матки за допомогою різних методів, включаючи реологію масової тканини на основі атомно-силової мікроскопії (АСМ). Працюючи у співпраці з командою дослідники раку та патологоанатомів at Університетська лікарня Лейпцига та Альберт Ейнштейн медичний коледж, вони продемонстрували існування кількох твердих острівців жорстких клітин, з’єднаних мостами механічної напруги з м’яких рухомих клітин.
Міграція клітин Моделювання клітини-вторгнення (зелений), що рухається крізь тканину, що містить як жорсткі (світло-блакитні), так і м’які (темно-сині) клітини. Зверху: тканина застрягла, твердоподібна, а клітина, що вторглася, застрягла й не може рухатися. Центр: у гетерогенній тканині інвазивна клітина демонструє дуже переривчасту динаміку міграції. Внизу: тканина знаходиться в повністю незащемленому стані, схожому на рідину, і клітина, що вторглася, рухається відносно легко. (З дозволу: Макс Бі, Сіньчжі Лі)
АСМ — це метод мікроскопії на основі скануючого зонда з субнанометровою роздільною здатністю. У цьому дослідженні дослідники використовували цю техніку, щоб отримати знання про механічні параметри, такі як еластичність пухлинних клітин на живих експлантатах пухлини. Це дозволило їм зафіксувати локальний гетерогенний розподіл жорсткості тканини, оскільки карти AFM відображають як жорсткі (защемлені), так і м’які (незащемлені) області.
Фізика проливає світло на те, як рак грудей поширюється на кістки
Ця структура була додатково підтверджена відстеженням життєво важливих клітин через сфероїди ракових клітин. Дослідники з’ясовують, що цей гетерогенний стан стабілізує тканину в достатній мірі, щоб забезпечити ріст пухлини, водночас забезпечуючи гнучкість для м’яких, рухливих клітин, щоб уникнути пухлини та, як наслідок, утворювати метастази.
Томас Фухс, один із провідних авторів цього дослідження, оптимістично налаштований, що їхні останні результати додають нового розуміння механіки ракових клітин і пухлинної тканини. Якщо говорити більш чітко, те, чи залишаються клітини в пухлині повністю защемленими – як у здоровій тканині – чи здатні розблокуватись і розм’якшитися, може мати велике значення для того, метастазує пухлина чи ні.
