Šíření nádorů a dalších rostoucích tkání odhalilo zcela nový typ fyziky.
V novém výzkumu, zveřejněném 24. září v časopise Nature Physics, vědci zjistili, že živé buňky přecházejí z 2D listů na 3D kuličky dříve neznámým procesem zvaným „aktivní smáčení“. A fyzika aktivního smáčení může vysvětlit, proč a jak se šíří rakovina.
„Kdybychom našli způsob, jak selektivně modifikovat tyto síly ve skutečném nádoru, což je velmi těžký úkol, mohli bychom navrhnout léčbu, která by zabránila šíření rakoviny,“ studovali spoluautoři Xavier Trepat, Ústav bioinženýrství Katalánska v Španělsko a Carlos Pérez-González ze Universidad de La Laguna ve Španělsku informovali Live Science v e-mailu.
Aktivní fyzika
Jakákoli lékařská aplikace pro zjištění je daleko pryč. Trepat a Pérez-González uvedli, že jejich další kroky budou zahrnovat ponoření se dále do podivné fyziky aktivního smáčení, o níž je zatím málo známo.
To, co vědci zjistili, je založeno na experimentech prováděných v laboratorní misce s použitím buněk lidské rakoviny prsu. Trepat a Pérez-González začali s výzkumem na protein zvaný E-kadherin, který zajišťuje adhezi mezi buňkami. Vědci chtěli vědět, jak tento protein reguluje napětí v tkáních nebo skupinách buněk. Nečekali, že by napětí v tkáni mohlo být tak vysoké, že by se jejich vrstva tkáně spontánně oddělila od kolagenem potaženého gelu, který používaly jako substrát, a stáhla se do sféroidního tvaru.
"Když jsme poprvé pozorovali tento jev, nebyli jsme si jisti, jak a proč se to děje," řekli vědci Live Science.
Vědci kontrastovali s aktivním smáčením s chováním tzv. Pasivních tekutin, ve kterých neexistují žádné živé struktury, které by změnily tok tekutin. Normálně, v pasivních tekutinách, sada fyzických rovnic známých jako Navier-Stokesovy rovnice diktuje dynamiku tekutin. V pasivních tekutinách se přechod z 2D listu do 3D sféroidu nazývá dewetting. Opak, 3D sféroid, rozprostírající se do dvou rozměrů, se nazývá smáčení. To, zda dochází ke smáčení nebo orosení, se řídí povrchovým napětím rozhraní, kapalinou a příslušným plynem.)
Ale jak vědci hráli s rakovinnými buňkami v jejich experimentu - měnící se parametry, jako je velikost tkáně a hladiny E-kadherinu - zjistili, že se buňky při pasivním zvlhčování a dewettingu nechovají jako normální tekutiny. Vědci zjistili, že řada aktivních procesů, od kontraktility tkáně po adhezi buněčný substrát, určuje, zda se buňky hromadí nebo šíří.
Přechod mezi rozprostřenou zvlhčovací fází a zhuštěnou fází zvlhčování závisí na konkurenci mezi silami buněčných buněk a silami, které připojují buňku k substrátu, uvedli vědci.
Prechody rakoviny
Tkáně rostou a pohybují se mnoha způsoby, včetně během normálního vývoje. Aktivní zvlhčovací přechod je však důležitý, protože je to klíčový okamžik, kdy buňky přecházejí z uzavřeného kulového do rozprostřeného, řekl Trepat a Pérez-González. Jinými slovy, jakmile se kruhové koule nádoru rozšíří a připojí k povrchu, nádor se může dále šířit.
"Naše výsledky vytvářejí komplexní rámec, abychom pochopili, které síly jsou důležité pro invazi do rakoviny," uvedli vyšetřovatelé. Součástí další fáze práce bude přesunutí studií z laboratorních jídel do živé tkáně a skutečných nádorů, dodali vědci.
Biologické systémy mohou být těžké zapadnout do klasických fyzikálních rámců, napsal Richard Morris a Alpha Yap v komentáři, který doprovází nový dokument. Morris je postdoktorandským výzkumníkem v Tata Institute for Fundamental Research v Indii a Yap je buněčný biolog na Queenslandské univerzitě v Austrálii. Nový článek je však „cenným krokem správným směrem“ k tomu, aby se fyzika stala důležitou pro biologické problémy, napsal Morris a Yap.
„V tomto případě,“ psali, „se dozvídáme, že zatímco myšlenky klasické fyziky mohou být pro charakterizaci biologických systémů prospěšné, analogie nesmí být posouvána příliš daleko a jsou zapotřebí nové přístupy.“
