Šírenie nádorov a iných rastúcich tkanív odhalilo úplne nový typ fyziky.
V novom výskume, zverejnenom 24. septembra v časopise Nature Physics, vedci zistili, že živé bunky prechádzajú z 2D dosiek na 3D guľky pomocou doteraz neznámeho procesu nazývaného „aktívne zmáčanie“. A fyzika aktívneho zmáčania môže byť schopná vysvetliť, prečo a ako sa rakovina šíri.
„Keby sme našli spôsob, ako selektívne modifikovať tieto sily v reálnom nádore, čo je veľmi ťažká úloha, mohli by sme navrhnúť liečbu, ktorá zabráni šíreniu rakoviny,“ spoluautori štúdie Xavier Trepat z Inštitútu pre bioinžinierstvo Katalánska v Španielsko a Carlos Pérez-González z Universidad de La Laguna v Španielsku informovali spoločnosť Live Science v e-maile.
Aktívna fyzika
Akákoľvek lekárska aplikácia na zistenie je ďaleko. Trepat a Pérez-González uviedli, že ich ďalšie kroky budú zahŕňať ponorenie sa do divnej fyziky aktívneho zmáčania, o ktorej je zatiaľ málo známe.
Vedci zistili, že sú založené na pokusoch uskutočňovaných v laboratórnej miske s použitím ľudských buniek rakoviny prsníka. Trepat a Pérez-González to všetko začali výskumom na proteín s názvom E-kadherín, ktorý zaisťuje adhéziu medzi bunkami. Vedci chceli vedieť, ako tento proteín reguluje napätie v tkanivách alebo skupinách buniek. Nečakali, že napätie v tkanive sa môže zvýšiť tak vysoko, že sa ich vrstva tkaniva spontánne odpojí od kolagénom potiahnutého gélu, ktorý použili ako substrát, a stiahne sa do sféroidného tvaru.
„Keď sme tento jav pozorovali prvýkrát, neboli sme si istí, ako a prečo sa to deje,“ uviedli vedci spoločnosti Live Science.
Vedci porovnávali aktívne zmáčanie s chovaním tzv. Pasívnych tekutín, v ktorých neexistujú žiadne živé štruktúry, ktoré by menili tok tekutín. Normálne v pasívnych tekutinách diktuje dynamika tekutín sada fyzikálnych rovníc známa ako Navier-Stokesove rovnice. V pasívnych tekutinách sa prechod z 2D listu na 3D sféroid nazýva rosným bodom. Opak, 3D sféroid rozprestierajúci sa do dvoch rozmerov, sa nazýva zmáčanie. Či už dôjde k zmáčaniu alebo oroseniu, sa riadi povrchovým napätím rozhrania, kvapalinou a prítomným plynom.)
Ale ako vedci hrali s rakovinovými bunkami v ich experimente - meniace sa parametre, ako je veľkosť tkaniva a hladina E-kadherínu - zistili, že bunky sa pri pasívnom zmáčaní a odstraňovaní vlhkosti nezachovali ako bežné tekutiny. Vedci zistili, že množstvo aktívnych procesov, od kontraktility tkaniva po adhéziu bunka-substrát, určuje, či sa bunky zhromažďujú alebo rozširujú.
Vedci tvrdia, že prechod medzi roztiahnutou zvlhčovacou fázou a zvlhčenou fázou odvlhčovania závisí od konkurencie medzi silami bunkových buniek a silami, ktoré viažu bunku k substrátu.
Prechody rakoviny
Tkanivá rastú a pohybujú sa mnohými spôsobmi, a to aj počas normálneho vývoja. Ale aktívny zvlhčovací prechod je dôležitý, pretože je to kľúčový okamih, keď bunky prechádzajú z uzavretej sférickej na šíriacu sa plochu, povedal Trepat a Pérez-González. Inými slovami, akonáhle sa kruhové gule nádoru roztiahnu a pripevnia na povrch, nádor sa môže ďalej šíriť.
„Naše výsledky vytvárajú komplexný rámec na pochopenie, ktoré sily sú dôležité pre inváziu rakoviny,“ uviedli vyšetrovatelia. Súčasťou ďalšej fázy práce bude presunutie štúdií z laboratórnych jedál do živých tkanív a skutočných nádorov, dodali vedci.
Biologické systémy sa dajú ťažko začleniť do klasických fyzikálnych rámcov, napísali Richard Morris a Alpha Yap v komentári sprevádzajúcom nový príspevok. Morris je postdoktorandským výskumníkom v Tata Institute for Fundamental Research v Indii a Yap je bunkovým biológom na University of Queensland v Austrálii. Nový článok je však „hodnotným krokom správnym smerom“ na to, aby sa fyzika stala dôležitou pre biologické problémy, napísali Morris a Yap.
„V tomto prípade,“ napísali, „sa dozvieme, že zatiaľ čo myšlienky klasickej fyziky môžu byť užitočné pri charakterizácii biologických systémov, analógia sa nesmie posunúť príliš ďaleko a sú potrebné nové prístupy.“ “
