Răspândirea tumorilor și a altor țesuturi în creștere a dezvăluit un cu totul alt tip de fizică.
Într-o nouă cercetare, publicată pe 24 septembrie în revista Nature Physics, oamenii de știință au descoperit că celulele vii trec de la coli 2D la bloburi 3D printr-un proces necunoscut anterior numit „umezire activă”. Și fizica umezirii active poate fi în măsură să explice de ce și cum se răspândesc cancerele.
"Dacă am putea găsi modalitatea de a modifica în mod selectiv aceste forțe într-o tumoare reală, ceea ce este o sarcină foarte grea, am putea proiecta un tratament pentru a evita diseminarea cancerului", au declarat co-autorii studiului Xavier Trepat, de la Institutul de Bioinginerie din Catalunia din Spania, și Carlos Pérez-González, de la Universidad de La Laguna din Spania, au declarat la Live Science într-un e-mail.
Fizică activă
Orice fel de aplicație medicală pentru descoperiri este departe. Trepat și Pérez-González au spus că următorii lor pași vor implica aprofundarea în fizica ciudată a umezirii active, despre care nu se știe încă nimic.
Ceea ce au descoperit cercetătorii se bazează pe experimentele făcute într-un vas de laborator folosind celule canceroase de sân uman. Totul a început, au spus Trepat și Pérez-González, cu o investigație asupra unei proteine numite E-cadherină, care asigură aderența între celule. Cercetătorii au vrut să știe cum această proteină reglează tensiunea din țesuturi sau grupuri de celule. Ceea ce nu se așteptau era ca tensiunea din țesut să poată fi atât de mare încât foaia lor de țesut să se desprindă spontan de gelul acoperit cu colagen pe care îl foloseau ca substrat și să se retragă într-o formă sferoidă.
„Prima dată când am observat acest fenomen, nu eram siguri despre cum sau de ce se întâmpla”, au spus cercetătorii la Live Science.
Cercetătorii au contrastat umezirea activă cu comportamentul așa-numitelor fluide pasive, în care nu există structuri vii care să modifice fluxul de fluide. În mod normal, în fluidele pasive, un set de ecuații fizice cunoscute sub numele de ecuațiile Navier-Stokes dictează dinamica fluidelor. În lichidele pasive, trecerea de la foaia 2D la sferoida 3D se numește dezgolire. Dimpotrivă, un sferoid 3D răspândit în două dimensiuni, se numește udare. Indiferent dacă umectarea sau degresarea se întâmplă este guvernată de tensiunea de suprafață a interfeței, a lichidului și a gazului implicat.)
Dar, în timp ce cercetătorii au jucat cu celulele canceroase în experimentul lor - parametrii diferiți precum dimensiunea țesutului și nivelul E-cadherinei - au descoperit că celulele nu s-au comportat ca fluidele obișnuite se fac în umezirea pasivă și în procesul de deshidratare. Acest lucru se datorează faptului că o serie de procese active, de la contractilitatea țesutului până la adeziunea de substrat celular, determină dacă celulele se înalță sau se răspândesc, au descoperit cercetătorii.
Tranziția dintre faza de umectare extinsă și faza de deparare depășită depinde de concurența dintre forțele celulei și forțele care atașează celula la substrat, au spus cercetătorii.
Tranziții ale cancerului
Țesuturile cresc și se mișcă în mai multe moduri, inclusiv în timpul dezvoltării normale. Dar tranziția activă de umezire este importantă, deoarece este momentul cheie în care celulele trec de la o sferică conținută la o foaie plană răspândită, au spus Trepat și Pérez-González. Cu alte cuvinte, odată ce bile circulare de tumoră se întind și se atașează la o suprafață, tumora este capabilă să se răspândească în continuare.
„Rezultatele noastre au instituit un cadru cuprinzător pentru a înțelege care sunt forțele importante pentru invazia cancerului”, au spus anchetatorii. O parte a următoarei faze de lucru va fi mutarea studiilor din vasele de laborator și în țesutul viu și tumorile reale, au adăugat cercetătorii.
Sistemele biologice pot fi greu de încadrat în cadrele fizicii clasice, au scris Richard Morris și Alpha Yap într-un comentariu care însoțește noua lucrare. Morris este un cercetător postdoctoral la Institutul Tata pentru Cercetări Fundamentale din India, iar Yap este biolog în celule la Universitatea din Queensland, în Australia. Dar noul articol este un „pas de valoare în direcția corectă” pentru a face fizica relevantă pentru problemele biologiei, au scris Morris și Yap.
„În acest caz”, au scris ei, „aflăm că, în timp ce ideile fizicii clasice pot fi benefice în caracterizarea sistemelor biologice, analogia nu trebuie împinsă prea departe și sunt necesare noi abordări”.
