Širenje tumora i ostalih rastućih tkiva otkrilo je sasvim novu vrstu fizike.
U novom istraživanju, objavljenom 24. rujna u časopisu Nature Physics, znanstvenici su otkrili da žive stanice prelaze s dvodijelnih listova na 3D mrlje prethodno nepoznatim postupkom zvanim "aktivno vlaženje". A fizika aktivnog vlaženja možda može objasniti zašto se i kako rak širi.
"Kad bismo uspjeli pronaći način da selektivno modificiramo ove sile u pravi tumor, što je vrlo težak zadatak, mogli bismo osmisliti tretman kako bi se izbjeglo širenje karcinoma", koautori studije Xavier Trepat, s Instituta za bioinžinjering Katalonije u Španjolske, a Carlos Pérez-González sa španjolskog Universidad de La Laguna rekao je Live Science e-poštom.
Aktivna fizika
Bilo koja vrsta medicinske primjene nalaza je daleko. Trepat i Pérez-González rekli su da će njihovi sljedeći koraci uključivati dublje uranjanje u čudnu fiziku aktivnog vlaženja, o kojoj se još malo zna.
Ono što su istraživači otkrili temelji se na eksperimentima u laboratorijskoj posudi na ljudskim stanicama raka dojke. Sve je počelo, rekli su Trepat i Pérez-González istragom proteina zvanog E-kadherin koji osigurava prijanjanje između stanica. Istraživači su željeli znati kako ovaj protein regulira napetost u tkivima ili grupama stanica. Ono što nisu očekivali bilo je da bi napetost unutar tkiva mogla postati toliko visoka da bi se njihov list tkiva spontano odvojio od gela obloženog kolagenom koji su koristili kao supstrat i uvukao se u sferoidni oblik.
"Prvi put kad smo opazili taj fenomen, nismo bili sigurni kako se i zašto događa", rekli su istraživači Live Science-a.
Istraživači su uspoređivali aktivno vlaženje s ponašanjem takozvanih pasivnih tekućina u kojima nema živih struktura koje bi mogle mijenjati protok tekućine. Normalno da u pasivnim tekućinama skup fizičkih jednadžbi poznat kao Navier-Stokesove jednadžbe diktira dinamiku fluida. U pasivnim tekućinama prijelaz s 2D lista na 3D sferoid naziva se vlaženje. Suprotno tome, 3D sferoid koji se širi u dvije dimenzije, naziva se vlaženje. Bilo da se događa vlaženje ili uklanjanje vlage regulira površinska napetost sučelja, tekućina i plina.)
No, kako su se istraživači igrali sa stanicama raka u svom eksperimentu - različiti parametri poput veličine tkiva i razine E-kadherina - otkrili su da se stanice ne ponašaju kao redovita tekućina u pasivnom vlaženju i vlaženju. To je zato što brojni aktivni procesi, od kontraktilnosti tkiva do adhezije ćelija-supstrat, određuju je li stanica lopta ili se šire, otkrili su istraživači.
Prijelaz između faze raširene vlaženja i faze odmrzavanja izduvavanja ovisi o nadmetanju između sila staničnih stanica i sila koje pričvršćuju stanicu na supstrat, navode istraživači.
Prijelazi raka
Tkiva rastu i pomiču se na mnogo načina, uključujući i tijekom normalnog razvoja. No, aktivni prijelaz vlaženja je važan, jer je ključni trenutak da stanice pređu iz zatvorene sferne u raširen, ravan list Trepat i Pérez-González. Drugim riječima, jednom kada se kružne kuglice tumora šire i pričvrste na površinu, tumor se može dalje širiti.
"Naši rezultati postavili su sveobuhvatan okvir kako bismo razumjeli koje su sile važne za invaziju raka", rekli su istražitelji. Dio sljedeće faze rada bit će preseljenje studija iz laboratorijskog posuđa, u živo tkivo i prave tumore, dodali su istraživači.
Biološki sustavi mogu se teško uklopiti u okvire klasične fizike, napisali su Richard Morris i Alpha Yap u komentaru uz novi rad. Morris je postdoktorski istraživač na Tata Institutu za temeljna istraživanja u Indiji, a Yap je stanični biolog sa Sveučilišta u Queenslandu u Australiji. No, novi je članak "vrijedan korak u pravom smjeru" radi postizanja fizike relevantne za biološke probleme, napisali su Morris i Yap.
"U ovom slučaju", napisali su, "saznajemo da, iako ideje klasične fizike mogu biti korisne za karakterizaciju bioloških sustava, analogiju ne treba previše odgurnuti i potrebni su novi pristupi."
