Širjenje tumorjev in drugih rastočih tkiv je razkrilo povsem novo vrsto fizike.
V novi raziskavi, ki je bila objavljena 24. septembra v reviji Nature Physics, so znanstveniki ugotovili, da žive celice prehajajo z dvodelnih listov na 3D blobe s prej neznanim postopkom, imenovanim "aktivno močenje". Fizika aktivnega vlaženja lahko razloži, zakaj in kako se raki širijo.
"Če bi lahko našli način za selektivno spreminjanje teh sil v pravi tumor, kar je zelo težka naloga, bi lahko zasnovali zdravljenje, da bi se izognili širjenju raka," je soavtor študije Xavier Trepat iz Inštituta za bioinženiring Katalonije v Španija in Carlos Pérez-González z univerze Universidad de La Laguna v Španiji sta v e-sporočilu povedala Live Science.
Aktivna fizika
Kakršna koli medicinska uporaba za ugotovitve je daleč. Trepat in Pérez-González sta dejala, da bodo njihovi nadaljnji koraki vključevali nadaljnje poglabljanje v čudno fiziko aktivnega vlaženja, o kateri je še malo znanega.
To, kar so ugotovili raziskovalci, temelji na poskusih, opravljenih v laboratorijski posodi s človeškimi celicami raka dojke. Vse se je začelo, sta dejala Trepat in Pérez-González s preiskavo proteina E-kadherina, ki zagotavlja oprijem med celicami. Raziskovalci so želeli vedeti, kako ta protein uravnava napetost v tkivih ali skupinah celic. Niso pričakovali, da bo napetost znotraj tkiva postala tako velika, da bi se njihova tkiva spontano odcepila od gela, prevlečenega s kolagenom, ki so ga uporabljali kot podlago, in se uvlekla v obliko sferoide.
"Ko smo prvič opazili ta pojav, nismo bili prepričani, kako ali zakaj se dogaja," so raziskovalci povedali za Live Science.
Raziskovalci so kontrastirali aktivno vlaženje z obnašanjem tako imenovanih pasivnih tekočin, v katerih ni živih struktur, ki bi spremenile pretok tekočine. Običajno v pasivnih tekočinah niz fizikalnih enačb, znanih kot Navier-Stokesove enačbe, narekuje dinamiko tekočine. V pasivnih tekočinah prehod iz 2D lista v 3D sferoid imenujemo vlaženje. Nasprotno, 3D sferoid, ki se širi v dve dimenziji, imenujemo močenje. Ne glede na to, ali pride do vlaženja ali vlaženja, je odvisna od površinske napetosti vmesnika, tekočine in plina.)
Ker pa so se raziskovalci v svojem poskusu igrali z rakavimi celicami - različnimi parametri, kot so velikost tkiva in raven E-kadherina -, so ugotovili, da se celice niso obnašale kot običajne tekočine pri pasivnem vlaženju in vlaženju. Razlogi so ugotovili, da številni aktivni procesi, od kontraktilnosti tkiva do oprijema celice in substrata, določajo, ali se celice razmnožijo ali razširijo.
Prehod med fazo razpršene vlažnosti in fazo izsuševanja izpraznjenosti je odvisen od konkurence med silami celic in silami, ki pritrdijo celico na podlago, so povedali raziskovalci.
Prehodi raka
Tkiva rastejo in se premikajo na veliko načinov, tudi med normalnim razvojem. Pomemben pa je aktivni prehod vlaženja, saj je ključni trenutek, da celice preidejo iz omejenega sferičnega na razprostirajoč se raven list Trepat in Pérez-González. Z drugimi besedami, ko se krožne kroglice tumorja razširijo in pritrdijo na površino, se tumor lahko širi naprej.
"Naši rezultati so vzpostavili obsežen okvir za razumevanje, katere sile so pomembne za invazijo raka," so povedali preiskovalci. Del naslednje faze dela bo preselitev študij iz laboratorijskih jedi v živa tkiva in prave tumorje, dodajajo raziskovalci.
Biološki sistemi se težko prilegajo okvirjem klasične fizike, sta v komentarju k novemu prispevku zapisala Richard Morris in Alpha Yap. Morris je podoktorski raziskovalec na Tata Inštitutu za temeljne raziskave v Indiji, Yap pa je celični biolog na Univerzi Queensland v Avstraliji. Toda nov članek je "dragocen korak v pravo smer", da se fizika naredi pomembna za biološke probleme, sta zapisala Morris in Yap.
"V tem primeru," so zapisali, "izvemo, da čeprav ideje klasične fizike lahko koristijo pri karakterizaciji bioloških sistemov, analogije ne smemo preveč napredovati in potrebni so novi pristopi."
