Η εξάπλωση των όγκων και άλλων αναπτυσσόμενων ιστών έχει αποκαλύψει έναν εντελώς νέο τύπο φυσικής.
Σε νέα έρευνα, που δημοσιεύθηκε στις 24 Σεπτεμβρίου στο περιοδικό Nature Physics, οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι η μετάβαση ζωντανών κυττάρων από φύλλα 2D σε 3D blobs από μια προηγουμένως άγνωστη διαδικασία που ονομάζεται "ενεργός διαβροχή". Και η φυσική της ενεργού διαβροχής μπορεί να είναι σε θέση να εξηγήσει γιατί και πώς εξάπλωση των καρκίνων.
"Αν μπορούσαμε να βρούμε τον τρόπο να τροποποιήσουμε επιλεκτικά αυτές τις δυνάμεις σε έναν πραγματικό όγκο, πράγμα που είναι πολύ δύσκολο έργο, θα μπορούσαμε να σχεδιάσουμε μια θεραπεία για την αποφυγή της διάδοσης του καρκίνου", ανέφεραν οι συν-συγγραφείς Xavier Trepat, του Ινστιτούτου Βιοϊατρικής της Καταλονίας Η Ισπανία και ο Carlos Pérez-González από το Universidad de La Laguna στην Ισπανία, δήλωσαν στο Live Science σε ένα ηλεκτρονικό ταχυδρομείο.
Ενεργή φυσική
Οποιαδήποτε ιατρική εφαρμογή για τα ευρήματα είναι πολύ μακριά. Οι Trepat και Pérez-González ανέφεραν ότι τα επόμενα βήματα τους θα περιλαμβάνουν την περαιτέρω ανάπτυξη της περίεργης φυσικής της ενεργού διαβροχής, για την οποία ελάχιστα είναι ακόμη γνωστά.
Αυτό που οι ερευνητές βρήκαν βασίζεται σε πειράματα που έγιναν σε εργαστηριακό πιάτο χρησιμοποιώντας κύτταρα ανθρώπινου καρκίνου του μαστού. Όλα ξεκίνησαν, Trepat και Pérez-González είπε, με μια έρευνα σε μια πρωτεΐνη που ονομάζεται E-cadherin, η οποία παρέχει προσκόλληση μεταξύ των κυττάρων. Οι ερευνητές ήθελαν να μάθουν πώς αυτή η πρωτεΐνη ρυθμίζει την ένταση στους ιστούς ή στις ομάδες κυττάρων. Αυτό που δεν περίμεναν ήταν ότι η τάση μέσα στον ιστό θα μπορούσε να γίνει τόσο υψηλή ώστε το φύλλο ιστού τους να αποσυνδέεται αυθόρμητα από την επικαλυμμένη με κολλαγόνο πηκτή που χρησιμοποιούν ως υπόστρωμα και να ανασύρει σφαιροειδές σχήμα.
«Την πρώτη φορά που παρατηρήσαμε αυτό το φαινόμενο, δεν ήμασταν σίγουροι για το πώς ή γιατί συμβαίνει», ανέφεραν οι ερευνητές στην Live Science.
Οι ερευνητές έρχονται σε αντίθεση με την ενεργή διαβροχή με τη συμπεριφορά των λεγόμενων παθητικών υγρών, στα οποία δεν υπάρχουν ζώντες δομές για να μεταβάλλουν τη ροή του υγρού. Κανονικά, στα παθητικά υγρά, ένα σύνολο φυσικών εξισώσεων γνωστών ως εξισώσεις Navier-Stokes υπαγορεύει τη δυναμική των υγρών. Στα παθητικά υγρά, η μετάβαση από το φύλλο 2D σε 3D σφαιροειδές ονομάζεται απομάκρυνση. Το αντίθετο, ένα σφαιροειδές 3D που απλώνεται σε δύο διαστάσεις, ονομάζεται διαβροχή. Το αν συμβαίνει διαβροχή ή αφυδάτωση ρυθμίζεται από την επιφανειακή τάση της διεπαφής, το υγρό και το αέριο που εμπλέκεται).
Αλλά καθώς οι ερευνητές έπαιξαν με τα καρκινικά κύτταρα στο πείραμά τους - ποικίλες παραμέτρους όπως το μέγεθος των ιστών και τα επίπεδα της Ε-καδερίνης - διαπίστωσαν ότι τα κύτταρα δεν συμπεριφέρονται όπως τα κανονικά υγρά κάνουν στην παθητική διαβροχή και στην αφυδάτωση. Αυτό συμβαίνει επειδή μια σειρά από ενεργές διεργασίες, από την συσπαστικότητα του ιστού έως την πρόσφυση κυττάρου-υποστρώματος, καθορίζουν αν τα κύτταρα σφαιροποιούνται ή εξαπλώνονται, σύμφωνα με τους ερευνητές.
Η μετάβαση μεταξύ της φάσης διαβροχής και της φάσης αφυδάτωσης εξαρτάται από τον ανταγωνισμό μεταξύ των δυνάμεων των κυττάρων-κυττάρων και των δυνάμεων που συνδέουν το κύτταρο με το υπόστρωμα, ανέφεραν οι ερευνητές.
Μεταβολές του καρκίνου
Οι ιστοί αναπτύσσονται και κινούνται με πολλούς τρόπους, συμπεριλαμβανομένης της φυσιολογικής ανάπτυξης. Αλλά η ενεργή μετάπτωση διαβροχής είναι σημαντική, επειδή είναι η βασική στιγμή που τα κύτταρα μεταβαίνουν από ένα σφαιρικό περιεχόμενο σε ένα απλό φύλλο Trepat και Pérez-González. Με άλλα λόγια, μόλις οι κυκλικές μπάλες του όγκου εξαπλωθούν και προσδεθούν σε μια επιφάνεια, ο όγκος μπορεί να εξαπλωθεί περαιτέρω.
"Τα αποτελέσματά μας δημιούργησαν ένα ολοκληρωμένο πλαίσιο για να κατανοήσουμε ποιες δυνάμεις είναι σημαντικές για την εισβολή του καρκίνου", ανέφεραν οι ερευνητές. Μέρος της επόμενης φάσης της εργασίας θα είναι η μεταφορά των μελετών από εργαστηριακά πιάτα και σε ζωντανούς ιστούς και πραγματικούς όγκους, πρόσθεσαν οι ερευνητές.
Τα βιολογικά συστήματα μπορεί να είναι δύσκολο να προσαρμοστούν στα κλασικά πλαίσια φυσικής, έγραψε ο Richard Morris και ο Alpha Yap σε ένα σχόλιο που συνοδεύει τη νέα εργασία. Ο Morris είναι μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Ινστιτούτο Θεμελιωδών Ερευνών Tata στην Ινδία και ο Yap είναι βιολόγος κυττάρων στο Πανεπιστήμιο Queensland της Αυστραλίας. Αλλά το νέο άρθρο είναι ένα "πολύτιμο βήμα προς τη σωστή κατεύθυνση" για την πραγματοποίηση της φυσικής που σχετίζεται με τα προβλήματα της βιολογίας, γράφουν οι Morris και Yap.
«Στην περίπτωση αυτή,« έγραψαν », μαθαίνουμε ότι, ενώ οι ιδέες από την κλασική φυσική μπορεί να είναι ευεργετικές για τον χαρακτηρισμό των βιολογικών συστημάτων, η αναλογία δεν πρέπει να ωθηθεί υπερβολικά και χρειάζονται νέες προσεγγίσεις».
