Audzēju un citu augošu audu izplatība ir atklājusi pilnīgi jaunu fizikas veidu.
Jaunajā pētījumā, kas publicēts 24. septembrī žurnālā Nature Physics, zinātnieki atklāja, ka dzīvu šūnu pāreja no 2D loksnēm uz 3D burbuļiem ar iepriekš nezināmu procesu, ko sauc par “aktīvo mitrināšanu”. Un aktīvās mitrināšanas fizika var izskaidrot, kāpēc un kā vēzis izplatās.
"Ja mēs varētu atrast veidu, kā selektīvi modificēt šos spēkus reālā audzējā, kas ir ļoti grūts uzdevums, mēs varētu izveidot ārstēšanu, lai izvairītos no vēža izplatīšanās," sacīja pētījuma līdzautori Xavier Trepat no Katalonijas Bioinženierijas institūta Spānija un Carlos Pérez-González no La Laguna Universitātes Spānijā pastāstīja Live Science e-pastā.
Aktīvā fizika
Jebkāda veida medicīniska piemērošana atklājumiem ir tālu. Trepat un Pérez-González sacīja, ka viņu nākamie soļi ietvers padziļināšanos aktīvās mitrināšanas dīvainajā fizikā, par kuru vēl maz zināms.
Pētnieku secinājumi ir balstīti uz eksperimentiem, kas veikti laboratorijas traukā, izmantojot cilvēka krūts vēža šūnas. Viss sākās, sacīja Trepats un Perezs-Gonzaless, veicot izmeklēšanu proteīnā, ko sauc par E-kadherīnu, kurš nodrošina adhēziju starp šūnām. Pētnieki vēlējās uzzināt, kā šis proteīns regulē spriedzi audos vai šūnu grupās. Viņi negaidīja, ka spriedze audos var kļūt tik liela, ka audu loksne spontāni atdalīsies no gēla, kas pārklāts ar kolagēnu, kuru viņi izmantoja kā substrātu, un ievilksies sfēra formā.
"Pirmo reizi novērojot šo parādību, mēs nebijām pārliecināti par to, kā vai kāpēc tā notiek," pētnieki stāstīja Live Science.
Pētnieki pretstatīja aktīvo mitrināšanu ar tā saucamo pasīvo šķidrumu izturēšanos, kurā nav nevienas dzīvas struktūras, kas mainītu šķidruma plūsmu. Parasti pasīvos šķidrumos šķidruma dinamiku diktē fizikas vienādojumu kopums, kas pazīstams kā Navjē-Stoksa vienādojums. Pasīvos šķidrumos pāreju no 2D loksnes uz 3D sfēru sauc par attārpošanu. Pretējā gadījumā 3D sfēras, kas izkliedējas divās dimensijās, tiek sauktas par mitrināšanu. To, vai notiek mitrināšana vai atūdeņošanās, nosaka saskarnes, iesaistītā šķidruma un gāzes virsmas spraigums.)
Bet, kad pētnieki savā eksperimentā spēlējās ar vēža šūnām - mainīgiem parametriem, piemēram, audu lielumam un E-kadherīna līmenim -, viņi atklāja, ka šūnas nav izturējušās tāpat kā parastie šķidrumi pasīvajā mitrināšanā un attārpošanā. Pētnieki secināja, ka vairāki aktīvi procesi, sākot no audu kontraktilitātes līdz šūnas un substrāta saķerei, nosaka, vai šūnas sabiezē vai izkliedējas.
Pāreja starp mitrināšanas un izkliedēšanas fāzi ir atkarīga no konkurences starp šūnu šūnu spēkiem un spēkiem, kas šūnu piestiprina pamatnei, sacīja pētnieki.
Vēža pārejas
Audi aug un pārvietojas daudzos veidos, arī normālas attīstības laikā. Bet aktīvai mitrināšanas pārejai ir liela nozīme, jo tas ir galvenais brīdis, kad šūnas pāriet no slēgtas sfēriskas formas uz izplatītu, plakanu loksni Trepat un Pérez-González. Citiem vārdiem sakot, tiklīdz audzēja apļveida bumbiņas izkliedējas un piestiprinās pie virsmas, audzējs spēj izplatīties tālāk.
"Mūsu rezultāti izveido visaptverošu sistēmu, lai saprastu, kuri spēki ir svarīgi vēža invāzijai," sacīja izmeklētāji. Daļa no nākamā darba posma būs pētījumu pārvietošana no laboratorijas traukiem uz dzīviem audiem un reāliem audzējiem, piebilda pētnieki.
Bioloģiskās sistēmas var būt grūti iekļauties klasiskās fizikas ietvaros, komentārā, kas pievienots jaunajam rakstam, rakstīja Ričards Moriss un Alfa Yap. Moriss ir pēcdoktorantūras pētnieks Tata fundamentālo pētījumu institūtā Indijā, un Yap ir šūnu biologs Austrālijas Kvīnslendas universitātē. Bet jaunais raksts ir "vērtīgs solis pareizajā virzienā", lai padarītu fiziku atbilstošu bioloģijas problēmām, rakstīja Moriss un Japs.
"Šajā gadījumā," viņi rakstīja, "mēs uzzinām, ka, lai arī klasiskās fizikas idejas var būt noderīgas bioloģisko sistēmu raksturošanā, analoģiju nedrīkst virzīt pārāk tālu un ir vajadzīgas jaunas pieejas."
