A daganatok és más növekvő szövetek elterjedése egy teljesen új típusú fizikát tárt fel.
Az új kutatásban, amelyet a Nature Physics folyóiratban, 24. szeptember 24-én publikáltak, a tudósok megállapították, hogy az élő sejtek átalakulnak a 2D-lemezektől a 3D-tömbökhöz egy korábban ismeretlen eljárásnak, az úgynevezett "aktív nedvesítésnek". És az aktív nedvesítés fizikája megmagyarázhatja a rákok elterjedésének miért és miként.
"Ha megtaláljuk a módját ezeknek az erőknek a szelektív módosítására egy valódi daganatban, ami nagyon nehéz feladat, tervezhetünk egy terápiát a rákos elterjedés elkerülése érdekében." - Xavier Trepat, a társszerzők, a Katalónia Bioinvesterin Intézete Spanyolország és Carlos Pérez-González, a spanyol La Laguna Egyetem, a Live Science-ben közölték egy e-mailt.
Aktív fizika
A leletek bármilyen orvosi alkalmazása messze van. Trepat és Pérez-González szerint a következő lépéseik az aktív nedvesítés furcsa fizikájának továbbmélyedése, amelyről még csak kevés tudomásunk van.
A kutatók eredményei egy laboratóriumi edényben végzett kísérleteken alapulnak, amelyekben emlőrákos sejteket használnak. Minden elkezdődött - mondta Trepat és Pérez-González, az E-cadherin nevű fehérje vizsgálatával, amely biztosítja a sejtek közötti adhéziót. A kutatók meg akarták tudni, hogy ez a fehérje hogyan szabályozza a szövetekben vagy sejtcsoportokban a feszültséget. Nem számítottak arra, hogy a szöveten belüli feszültség annyira megnőhet, hogy szövetlapja spontán módon levál a szubsztrátumként alkalmazott kollagénnel bevont gélről, és visszahúzódik gömb alakjába.
"Amikor első alkalommal megfigyeltük ezt a jelenséget, nem voltunk biztosak abban, hogyan vagy miért történik" - mondta a kutatók a Live Science-nek.
A kutatók az aktív nedvesítést ellentmondták az úgynevezett passzív folyadékok viselkedésének, amelyekben nincsenek élő struktúrák, amelyek megváltoztatnák a folyadék áramlását. Normális esetben passzív folyadékokban a fizikai egyenletek halmaza, amelyet Navier-Stokes egyenletnek hívnak, diktálja a folyadék dinamikáját. Passzív folyadékokban a 2D-lemezről a 3D-s gömbre történő átmenetet víztelenítésnek nevezik. Ezzel szemben a két dimenzióban elterjedő 3D gömböt nedvesítésnek hívják. A nedvesedést vagy a víztelenítést az interfész, a folyadék és a gáz felületi feszültsége határozza meg.)
Mivel azonban a kutatók kísérletükben a rákos sejtekkel játszottak - változó paraméterekkel, mint például a szövet mérete és az E-cadherin szint -, úgy találták, hogy a sejtek nem viselkedtek úgy, mint a szokásos folyadékok a passzív nedvesítésben és a dewettingben. Ennek oka az, hogy számos aktív folyamat - a szövet kontraktilitásától a sejt-szubsztrát adhézióig - meghatározza, hogy a sejtek gömbölyödnek vagy szétszóródnak - találták a kutatók.
A kutatók szerint a szétszórt nedvesedési szakasz és a balled-up-mosófázis közötti átmenet a sejt-sejt erők és a sejtet a szubsztrátumhoz rögzítő erők közötti versenytől függ.
Rákos átmenetek
A szövetek sokféle módon növekednek és mozognak, ideértve a normális fejlődést is. De az aktív nedvesedési átmenet fontos, mivel ez a kulcsfontosságú pillanat, amikor a sejtek a zárt gömb alakúról egy szétszórt, lapos Trepat-ra és Pérez-González-re állnak. Más szavakkal, ha a daganatok kör alakú gömbjei szétszóródnak és a felülethez kapcsolódnak, akkor a daganatok tovább terjedhetnek.
"Eredményeink átfogó keretet hoztak létre annak megértése érdekében, hogy mely erők fontosak a rák inváziójában" - mondta a nyomozók. A munka következő szakaszának része a tanulmányok laboratóriumi edényekből történő áthelyezése az élő szövetekbe és a valódi daganatokba - tette hozzá a kutatók.
A biológiai rendszerek nehezen illeszkedhetnek a klasszikus fizikai keretekbe - írta Richard Morris és Alpha Yap az új cikket kísérő megjegyzésben. Morris posztdoktori kutató az indiai Tata Alapítványi Tata Intézetben, Yap pedig az ausztráliai Queenslandi Egyetem sejtbiológusa. De az új cikk "értékes lépés a helyes irányba" annak érdekében, hogy a fizika a biológiai problémák szempontjából releváns legyen, írta Morris és Yap.
"Ebben az esetben - írták" - megtudjuk, hogy bár a klasszikus fizika ötletei hasznosak lehetnek a biológiai rendszerek jellemzésében, az analógiát nem szabad túl messzire tolni, és új megközelítésekre van szükség. "
