Chúng ta thường nghĩ về một khối u như một cục cứng của các tế bào ung thư; nhưng làm thế nào một cụm cứng nhắc như vậy có thể xâm chiếm môi trường vi mô xung quanh nó? Để trả lời câu hỏi này, một sự hợp tác quốc tế của các nhà nghiên cứu đã kết hợp mô phỏng máy tính với các phép đo cơ học. Phát hiện của họ, được công bố trong Vật lý tự nhiên, chứng minh rằng một tỷ lệ đáng kể các tế bào ung thư có khả năng biến dạng cơ học ở mức độ cao để trở nên di động hơn và do đó có thể xâm nhập vào mô dày đặc xung quanh.
Người ta đã nhận ra rằng các tế bào ung thư trải qua quá trình khử biệt hóa, một quá trình trong đó chúng chuyển sang trạng thái rối loạn hơn với khung tế bào mềm hơn. Tuy nhiên, các tập hợp tế bào được biết là có biểu hiện gây nhiễu, điều này ngăn cản sự lan rộng hơn nữa của các tế bào. Điều này làm nổi bật tác động cơ học của quá trình chuyển đổi chất rắn rắn đối với hành vi của khối mô.
Hơn nữa, nghiên cứu đã chỉ ra rằng tính lưu động hoặc độ cứng của các cụm tế bào khối u được điều chỉnh bằng cách giải phóng tế bào. Các tế bào ung thư cũng được biết là có độ nhạy cơ học cao – chúng có thể thích nghi một cách máy móc với môi trường vi mô của chúng.
“Nghịch lý là trong các khối u vú, các tế bào trở nên mềm hơn thực sự tạo thành một cấu trúc cứng hơn mô ban đầu chỉ là một mâu thuẫn rõ ràng,” giải thích Joseph Käs từ Đại học Leipzig. “Hiệu ứng này được tăng cường hơn nữa bởi vì ở đây, chủ yếu là các tế bào mỡ rất mềm ở vú khỏe mạnh được so sánh với các tế bào mềm hơn các tế bào biểu mô khỏe mạnh, nhưng vẫn cứng hơn đáng kể so với các tế bào mỡ.”
Được thúc đẩy bởi các mô phỏng máy tính được thực hiện bởi các nhà vật lý tại Đại học Northeastern, Các Đại học California, Santa Barbara và Đại học Syracuse, nhóm của Käs đã điều tra các mẫu mô lấy từ ung thư vú và ung thư cổ tử cung bằng nhiều kỹ thuật khác nhau, bao gồm lưu biến mô số lượng lớn dựa trên kính hiển vi lực nguyên tử (AFM). làm việc trong sự hợp tác với một nhóm các nhà nghiên cứu ung thư và nhà nghiên cứu bệnh học at Bệnh viện Đại học Leipzig và Đại học Y khoa Albert Einstein, họ đã chứng minh sự tồn tại của một số đảo rắn gồm các tế bào cứng, được nối với nhau bằng các cầu nối ứng suất cơ học của các tế bào mềm, di động.
Di chuyển ô Mô phỏng của một tế bào xâm lấn (màu xanh lục) di chuyển qua mô chứa cả tế bào cứng (xanh nhạt) và mềm (xanh đậm). Trên cùng: mô ở trạng thái kẹt, giống như khối rắn và tế bào xâm nhập bị kẹt lại và không thể di chuyển. Trung tâm: trong mô không đồng nhất, tế bào xâm lấn cho thấy động lực di chuyển rất gián đoạn. Dưới cùng: mô ở trạng thái hoàn toàn không bị cản trở, giống như chất lỏng và tế bào xâm lấn di chuyển tương đối dễ dàng. (Được phép: Max Bi, Xinzhi Li)
AFM là một kỹ thuật hiển vi dựa trên đầu dò quét với độ phân giải dưới nanomet. Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng kỹ thuật này để thu thập kiến thức về các thông số cơ học như độ đàn hồi của tế bào khối u trên các mô cấy khối u còn sống. Điều này cho phép họ nắm bắt được sự phân bố cục bộ, không đồng nhất của độ cứng mô, vì bản đồ AFM hiển thị cả vùng cứng (bị kẹt) và vùng mềm (không bị nhiễu).
Vật lý làm sáng tỏ ung thư vú di căn đến xương như thế nào
Cấu trúc này đã được xác nhận thêm bằng cách theo dõi các tế bào quan trọng trên các nhân vật chính của tế bào ung thư. Các nhà nghiên cứu làm sáng tỏ rằng trạng thái không đồng nhất này ổn định mô đủ để cho phép khối u phát triển, đồng thời tạo sự linh hoạt cho các tế bào mềm, di động để thoát khỏi khối u và do đó hình thành di căn.
Thomas Fuhs, một trong những tác giả chính của nghiên cứu này, lạc quan rằng kết quả mới nhất của họ bổ sung thêm hiểu biết mới về cơ chế hoạt động của tế bào ung thư và mô khối u. Rõ ràng hơn, việc các tế bào trong khối u vẫn bị kẹt hoàn toàn - như trong mô khỏe mạnh - hay có thể giải phóng và làm mềm hay không có thể tạo ra sự khác biệt hoàn toàn về việc liệu khối u có di căn hay không.
