Kasvajate ja muude kasvavate kudede levik on paljastanud täiesti uut tüüpi füüsika.
Uues teadusuuringus, mis avaldati 24. septembril ajakirjas Nature Physics, leidsid teadlased, et elusrakkude üleminek 2D-lehelt 3D-plekidesse toimub varem tundmatu protsessiga, mida nimetatakse "aktiivseks niisutamiseks". Ja aktiivse niisutamise füüsika võib olla võimeline seletama, miks ja kuidas vähk levib.
"Kui me leiaksime viisi nende jõudude valikuliseks muutmiseks reaalses kasvajas, mis on väga raske ülesanne, võiksime välja töötada ravi vähi leviku vältimiseks," rääkis uuringu kaasautor Xavier Trepat Kataloonia bioinsenerinduse instituudist Kataloonias Hispaania ja Carlos Pérez-González, Hispaania La Laguna ülikool, rääkisid Live Science'ile e-kirjas.
Aktiivne füüsika
Igasugune meditsiiniline taotlus leidude jaoks on kaugel. Trepat ja Pérez-González ütlesid, et nende järgmiste sammude all on vaja süveneda aktiivse niisutamise veidrasse füüsikasse, millest veel vähe teada.
See, mida teadlased leidsid, põhineb katsetel, mis on tehtud laboriroogas, kasutades inimese rinnavähi rakke. Kõik algas, ütlesid Trepat ja Pérez-González, uurides valku nimega E-kadheriin, mis pakub rakkude vahel adhesiooni. Teadlased soovisid teada, kuidas see valk reguleerib pinget kudedes või rakurühmades. Nad ei osanud oodata, et pinge koes võib tõusta nii suureks, et nende koeleht eraldub spontaanselt kollageeniga kaetud geelist, mida nad substraadina kasutasid, ja tõmbusid tagasi kilpnäärme kuju.
"Esimesel korral, kui seda nähtust vaatasime, polnud me kindlad, kuidas või miks see aset leidis," rääkisid teadlased Live Science'ile.
Teadlased vastandasid aktiivset niisutamist nn passiivsete vedelike käitumisega, milles puuduvad elusad struktuurid, mis muudaksid vedeliku voolu. Tavaliselt dikteerib passiivsetes vedelikes vedelike dünaamikat füüsikaliste võrrandite kogum, mida tuntakse kui Navier-Stokesi võrrandit. Passiivsetes vedelikes nimetatakse üleminekut 2D lehelt 3D sfäärile dewetimiseks. Vastupidist, kahes dimensioonis laialivalguvat 3D-sfääri nimetatakse niisutamiseks. Kas niisutamist või niisutamist juhtub, reguleerib liidese, sellega seotud vedeliku ja gaasi pindpinevus.)
Kuid kui teadlased mängisid oma katses vähirakkudega - erinevad parameetrid nagu koe suurus ja E-kadheriini tase -, leidsid nad, et rakud ei käitunud nagu tavalised vedelikud passiivsel niisutamisel ja dewetimisel. Selle põhjuseks on asjaolu, et mitmed aktiivsed protsessid - alates koe kontraktiilsusest kuni raku-substraadi adhesioonini - määravad, kas rakud pallivad üles või laiali, leidsid teadlased.
Üleminek niisutusfaasi ja tasakaalustatud kuivusfaasi vahel sõltub rakuraku jõudude ja raku aluspinnale kinnitavate jõudude vahelisest konkurentsist, ütlesid teadlased.
Vähisiirded
Kuded kasvavad ja liiguvad mitmel viisil, sealhulgas normaalse arengu ajal. Kuid aktiivne niiske üleminek on oluline, sest see on võtmehetk, mille jooksul rakud lähevad suletud sfäärilisest laotavale lamedale lehele Trepat ja Pérez-González. Teisisõnu, kui kasvaja ümmargused pallid on laiali sirutunud ja pinnale kinnitunud, suudab kasvaja edasi levida.
"Meie tulemused loovad tervikliku raamistiku, et mõista, millised jõud on vähi sissetungi jaoks olulised," ütlesid uurijad. Järgmise töö etapi üks osa on uuringute viimine laborianumast välja ja eluskudedesse ning tõelistesse kasvajatesse, lisasid teadlased.
Bioloogilisi süsteeme võib olla raske klassikalisse füüsikaraamistikku sobitada, kirjutasid Richard Morris ja Alpha Yap uuele paberile lisatud kommentaaris. Morris on järeldoktor Indias Tata fundamentaaluuringute instituudis ja Yap Austraalia Queenslandi ülikooli rakubioloog. Kuid uus artikkel on "väärtuslik samm õiges suunas" füüsika muutmisel bioloogiliste probleemide jaoks oluliseks, kirjutasid Morris ja Yap.
"Sel juhul," kirjutasid nad, "saame teada, et kuigi klassikalise füüsika ideed võivad olla kasulikud bioloogiliste süsteemide iseloomustamisel, ei tohi analoogiat liiga kaugele lükata ja vaja on uusi lähenemisviise."
