Разпространението на тумори и други растящи тъкани разкри съвсем нов тип физика.
В ново изследване, публикувано на 24 септември в списанието Nature Physics, учените откриват, че живите клетки преминават от 2D листа към 3D петна от неизвестен досега процес, наречен "активно намокряне". А физиката на активното намокряне може да е в състояние да обясни защо и как се разпространяват раковите заболявания.
"Ако успеем да намерим начин селективно да модифицираме тези сили в истински тумор, което е много трудна задача, бихме могли да проектираме лечение, за да избегнем разпространението на рака", съавторите на изследването Хавиер Трепат от Института за биоинженеринг на Каталония в Испания и Карлос Перес-Гонсалес от Универсидад Ла Лагуна в Испания разказаха Live Science в имейл.
Активна физика
Всяко медицинско приложение за откритията е много далеч. Трепат и Перес-Гонсалес казаха, че следващите им стъпки ще включват задълбочаване в странната физика на активното намокряне, за която все още се знае малко.
Това, което са открили изследователите, се основава на експерименти, направени в лабораторна чиния с използване на човешки ракови клетки на гърдата. Всичко започна, казаха Трепат и Перес-Гонсалес, с разследване на протеин, наречен Е-кадхерин, който осигурява адхезия между клетките. Изследователите са искали да знаят как този протеин регулира напрежението в тъканите или групите клетки. Това, което не са очаквали, е, че напрежението в тъканта може да стане толкова високо, че листът им тъкан да се отдели спонтанно от покрития с колаген гел, който използват като субстрат и да се прибере в сфероидна форма.
"Първият път, когато наблюдавахме това явление, не бяхме сигурни как или защо се случва", казаха изследователите пред Live Science.
Изследователите контрастираха активното намокряне с поведението на така наречените пасивни течности, в които няма живи структури, които да променят потока на течността. Обикновено в пасивните флуиди набор от физически уравнения, известни като уравненията на Навиер-Стокс, диктува динамиката на флуида. В пасивните течности преходът от 2D лист към 3D сфероид се нарича оросяване. Обратното, 3D сфероид, разпространяващ се в две измерения, се нарича намокряне. Независимо дали се намокря или обезводняване се регулира от повърхностното напрежение на интерфейса, течността и включения газ.)
Но тъй като изследователите играеха с раковите клетки в експеримента си - различни параметри като размер на тъканите и нива на Е-кадхерин - те откриха, че клетките не се държат като обикновени течности при пасивно намокряне и оросяване. Това е така, защото редица активни процеси - от свиваемостта на тъканта до адхезията на клетъчния субстрат, определят дали клетките се извиват или се разпространяват, откриха изследователите.
Преходът между фазата на разпръскване на омокряне и фазата на обезводняване на балон зависи от конкуренцията между силите на клетката и силите, които прикрепят клетката към субстрата, казаха изследователите.
Ракови преходи
Тъканите растат и се движат по много начини, включително по време на нормално развитие. Но преходът на активното омокряне е важен, тъй като е ключовият момент клетките да преминат от съдържаща сферична към разпростираща се, плоска листа Trepat и Pérez-González. С други думи, след като кръгли топки от тумор се разстлат и прикрепят към повърхност, туморът може да се разпространи допълнително.
"Нашите резултати създават обширна рамка, за да се разбере кои сили са важни за инвазията на рака", казват изследователите. Част от следващата фаза на работа ще бъде преместването на изследванията от лабораторните съдове и в живата тъкан и реалните тумори, добавиха изследователите.
Биологичните системи могат трудно да се впишат в класическите рамки на физиката, написаха Ричард Морис и Алфа Яп в коментар, придружаващ новата книга. Морис е следдокторски изследовател в Института за фундаментални изследвания на Тата в Индия, а Яп е клетъчен биолог в Университета на Куинсланд в Австралия. Но новата статия е "ценна стъпка в правилната посока" за правене на физика, свързана с проблемите на биологията, писаха Морис и Яп.
"В този случай", написаха те, "научаваме, че макар идеите от класическата физика да са от полза при характеризирането на биологичните системи, аналогията не трябва да бъде изтласквана твърде много и са необходими нови подходи."
