Vova Krasen
0 
3507
856
Rozprzestrzenianie się guzów i innych rosnących tkanek ujawniło zupełnie nowy rodzaj fizyki.
W nowych badaniach, opublikowanych 24 września w czasopiśmie Nature Physics, naukowcy odkryli, że żywe komórki przechodzą z arkuszy 2D do trójwymiarowych plamek w nieznanym wcześniej procesie zwanym „aktywnym zwilżaniem”. Fizyka aktywnego moczenia może wyjaśnić, dlaczego i jak rozprzestrzeniają się nowotwory.
„Gdybyśmy mogli znaleźć sposób na selektywną modyfikację tych sił w prawdziwym guzie, co jest bardzo trudnym zadaniem, moglibyśmy zaprojektować terapię, która zapobiegnie rozprzestrzenianiu się raka”, współautorzy badania Xavier Trepat z Instytutu Bioinżynierii Katalonii w Katalonii Hiszpania i Carlos Pérez-González z Universidad de La Laguna w Hiszpanii powiedzieli w e-mailu. [10 zaleceń i zakazów, aby zmniejszyć ryzyko zachorowania na raka]
Aktywna fizyka
Jakiekolwiek medyczne zastosowanie tych wyników jest bardzo odległe. Trepat i Pérez-González powiedzieli, że ich kolejne kroki będą wymagały głębszego zagłębienia się w dziwną fizykę aktywnego moczenia, o której niewiele jeszcze wiadomo.
To, co odkryli naukowcy, opiera się na eksperymentach przeprowadzonych w naczyniu laboratoryjnym przy użyciu ludzkich komórek raka piersi. Wszystko zaczęło się, powiedzieli Trepat i Pérez-González, od badania białka zwanego E-kadheryną, które zapewnia adhezję między komórkami. Naukowcy chcieli wiedzieć, jak to białko reguluje napięcie w tkankach lub grupach komórek. Nie spodziewali się, że napięcie w tkance może wzrosnąć do tak wysokiego poziomu, że ich arkusz tkanki spontanicznie oddzieli się od pokrytego kolagenem żelu, którego używali jako podłoża, i cofnie się do kształtu kuli.
„Gdy po raz pierwszy zaobserwowaliśmy to zjawisko, nie byliśmy pewni, jak i dlaczego to się dzieje” - powiedzieli naukowcy .
Badacze porównali aktywne zwilżanie z zachowaniem tak zwanych płynów pasywnych, w których nie ma żywych struktur zmieniających przepływ płynu. Zwykle w płynach pasywnych dynamikę płynów dyktuje zestaw równań fizycznych, znanych jako równania Naviera-Stokesa. W płynach pasywnych przejście z arkusza 2D do sferoidy 3D nazywa się odwadnianiem. Wręcz przeciwnie, sferoida 3D rozciągająca się w dwóch wymiarach nazywa się zwilżaniem. To, czy zachodzi zwilżanie, czy odwadnianie, zależy od napięcia powierzchniowego interfejsu, cieczy i gazu).
Ale kiedy naukowcy bawili się komórkami rakowymi w swoim eksperymencie - różnymi parametrami, takimi jak rozmiar tkanki i poziom E-kadheryny - odkryli, że komórki nie zachowywały się tak, jak zwykłe płyny podczas biernego zwilżania i odwadniania. Dzieje się tak, ponieważ wiele aktywnych procesów, od kurczenia się tkanki po adhezję komórka-podłoże, decyduje o tym, czy komórki gromadzą się lub rozprzestrzeniają - odkryli naukowcy..
Przejście między fazą rozłożonego zwilżania a fazą odwadniania w kulkach zależy od konkurencji między siłami komórka-komórka a siłami, które przyczepiają komórkę do podłoża - stwierdzili naukowcy..
Przemiany nowotworowe
Tkanki rosną i poruszają się na wiele sposobów, w tym podczas normalnego rozwoju. Ale aktywne przejście zwilżające jest ważne, ponieważ jest to kluczowy moment, w którym komórki przechodzą od zamkniętego sferycznego do rozprzestrzeniającego się płaskiego arkusza Trepat i Pérez-González. Innymi słowy, gdy okrągłe kulki guza rozprzestrzeniają się i przyczepiają do powierzchni, guz może się dalej rozprzestrzeniać.
„Nasze wyniki stworzyły kompleksowe ramy umożliwiające zrozumienie, które siły są ważne dla inwazji raka” - powiedzieli badacze. Naukowcy dodali, że częścią następnej fazy prac będzie przeniesienie badań z naczyń laboratoryjnych do żywej tkanki i prawdziwych guzów..
Systemy biologiczne mogą być trudne do dopasowania do klasycznych ram fizyki, napisali Richard Morris i Alpha Yap w komentarzu dołączonym do nowego artykułu. Morris jest badaczem z tytułem doktora w Tata Institute for Fundamental Research w Indiach, a Yap jest biologiem komórkowym na University of Queensland w Australii. Jednak nowy artykuł jest „cennym krokiem we właściwym kierunku”, aby uczynić fizykę stosowną do problemów biologii, napisali Morris i Yap.
„W tym przypadku” - napisali - „dowiadujemy się, że chociaż idee z fizyki klasycznej mogą być korzystne w charakteryzowaniu systemów biologicznych, analogii nie wolno przesuwać zbyt daleko i potrzebne są nowe podejścia”.
Pierwotnie opublikowano w dniu .