Φυσικοί και βιολόγοι ενώνονται για να ανακαλύψουν πώς εξαπλώνεται ο καρκίνος

Τα καρκινικά κύτταρα που μπορεί να ξεφύγουν από έναν όγκο και να εισβάλλουν σε άλλα όργανα, είναι πιο επιθετικά και ευκίνητα από τα καλοήθη κύτταρα, σύμφωνα με νέα μελέτη.

Αυτά τα κύτταρα ασκούν μεγαλύτερη πίεση στο περιβάλλον τους και μπορούν πιο εύκολα να ελιχθούν σε μικρούς χώρους.

Οι ερευνητές αναφέρουν στο περιοδικό Scientific Reports ότι η συστηματική σύγκριση των μεταστατικών κυττάρων του καρκίνου του μαστού με τα υγιή κύτταρα αποκάλυψε δραματικές διαφορές  ανάμεσα στις δύο κυτταρικές σειρές, στους μηχανισμούς, την μετανάστευση, την αντίδραση του οξυγόνου, την παραγωγή πρωτεϊνών και την ικανότητα να κολλάνε σε επιφάνειες. Οι ερευνητές ανακάλυψαν νέες γνώσεις σχετικά με το πώς τα κύτταρα κάνουν την μετάβαση από καλοήθη σε μεταστατικά, μια διαδικασία που δεν είναι απόλυτα κατανοητή. Ο κατάλογος των διαφορών που προέκυψε, θα μπορούσε κάποια μέρα να βοηθήσει τους ερευνητές να ανιχνεύουν τα καρκινικά κύτταρα νωρίτερα και να προλάβουν ή να θεραπεύσουν τον μεταστατικό καρκίνο, που είναι υπεύθυνος για το 90% του συνόλου των θανάτων από καρκίνο.

Η μελέτη διεξήχθη από ένα δίκτυο 12 ομοσπονδιακών Κέντρων Φυσικών Επιστημών και Ογκολογίας (PS-OC)  που χρηματοδοτήθηκαν από το Εθνικό Ινστιτούτο Καρκίνου. Πρόκειται για μια συνεργασία των ερευνητών στις φυσικές και βιολογικές επιστήμες που αναζητούν μια καλύτερη κατανόηση των φυσικών και χημικών δυνάμεων που διαμορφώνουν την εμφάνιση και τη συμπεριφορά του καρκίνου. Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου του Πρίνστον διαπίστωσαν ότι τα μεταστατικά καρκινικά κύτταρα είναι πιο επιθετικά και ευκίνητα από τα κακοήθη κύτταρα. Η ομάδα του Πρίνστον χρησιμοποίησε μικροδιαύλους χαραγμένους από πυρίτιο για να εξετάσει τη συμπεριφορά και τις φυσικές ιδιότητες των καρκινικών κυττάρων. Στη συσκευή, τα μεταστατικά καρκινικά κύτταρα έμπαιναν στα στενά κανάλια από το ένα άκρο και επιτάχυναν γρήγορα προς το άλλο άκρο. Τέτοια υψηλή κινητικότητα είναι χαρακτηριστικό γνώρισμα της μετάστασης και παράλληλα αποτελεί ένδειξη υψηλού μεταβολισμού της γλυκόζης, που είναι ένα ακόμα χαρακτηριστικό γνώρισμα της μετάστασης.

«Φέρνοντας κοντά διαφορετικούς τύπους πειραματικής εμπειρίας, προκειμένου να συγκρίνουμε συστηματικά τα μεταστατικά και τα μη μεταστατικά κύτταρα, προχωρήσαμε τις γνώσεις μας για το πώς συμβαίνει η μετάσταση», είπε ο Ρόμπερτ Ωστιν, καθηγητής της Φυσικής και επικεφαλής της ομάδας του Πανεπιστημίου του Πρίνστον.

Οι ερευνητές του Πρίνστον προσδιόρισαν ότι τα μεταστατικά κύτταρα παρά το ότι κινούνται πιο αργά από τα καλοήθη, προχωρούν πιο μακριά και σε ευθεία γραμμή. Οι ερευνητές μελέτησαν τη συμπεριφορά των κυττάρων μέσα σε μικροσκοπικούς θαλάμους σε μέγεθος κυττάρου και διαύλους χαραγμένους από πυρίτιο και σχεδιασμένους να μιμούνται το φυσικό περιβάλλον του εσωτερικού του σώματος.

«Η κινητικότητα αυτών των μεταστατικών κυττάρων είναι το βασικό χαρακτηριστικό της ικανότητάς τους να σπάνε την σκληρή μεμβράνη (εξωκυττάρια μήτρα) που χρησιμοποιεί το σώμα για να περιχαρακώσει τον όγκο από το υπόλοιπο σώμα», δήλωσε ο Ωστιν. «Αυτά τα κύτταρα είναι ουσιαστικά δραπέτες από τη φυλακή», είπε χαρακτηριστικά.

Οι μικροσκοπικοί θάλαμοι πυριτίου χτίστηκαν χρησιμοποιώντας την εμπειρία του Πρίνστον στην τεχνολογία μικροκατασκευών – χρησιμοποιούνται τυπικά για τη δημιουργία μικρών τεχνολογιών όπως ολοκληρωμένα κυκλώματα και ηλιακά κύτταρα – και είναι ένα παράδειγμα του τύπου της τεχνογνωσίας που μπορούν να φέρουν στην έρευνα για τον καρκίνο οι φυσικοί και οι μηχανικοί αν ενώσουν τις δυνάμεις τους με τους γιατρούς και τους βιολόγους, όπως ανέφερε ο Ωστιν.

«Το πρόγραμμα έχει ως στόχο να σπάσουμε τη δυσκολία κατανόησης και να προχωρήσουμε προς τη θεραπεία του καρκίνου φέρνοντας κοντά ερευνητές από τη φυσική, τη μηχανική, την επιστήμη των υπολογιστών και της χημείας, δήλωσε η Νασταράν Ζαχίρ Κουν, διευθύντρια του προγράμματος στο Εθνικό Ινστιτούτο Καρκίνου.

Αλλο αξιοσημείωτο εύρημα της μελέτης είναι πως τα μεταστατικά κύτταρα ανακάμπτουν πιο γρήγορα από το άγχος ενός χαμηλού σε περιεκτικότητα οξυγόνου περιβάλλοντος απ’ ό,τι τα μη μεταστατικά κύτταρα, κάτι το οποίο συμφωνεί με προηγούμενες μελέτες.

Παρόλο που το περιβάλλον χαμηλού οξυγόνου έχει σκοτώσει πολλά μεταστατικά κύτταρα, τα επιζώντα ανακάμπτουν δυναμικά, υπογραμμίζοντας τον πιθανό ρόλο των μεμονωμένων κυττάρων στην εξάπλωση του καρκίνου. Η μελέτη εξέτασε τη συνολική παραγωγή πρωτεϊνών και ανίχνευσε πρωτεΐνες στα μεταστατικά κύτταρα που είναι συνεπείς με τις φυσικές ιδιότητες, όπως η κινητικότητα που χρειάζονται τα κακοήθη κύτταρα για να εισβάλλουν στην εξωκυττάρια μήτρα.

Για το πρόγραμμα δούλεψαν περίπου 100 ερευνητές από 20 ινστιτούτα και εργαστήρια που πραγματοποίησαν τα πειράματά τους χρησιμοποιώντας τις ίδιες κυτταρικές σειρές, αντιδραστήρια και πρωτόκολλα, ώστε να εξασφαλιστεί ότι τα αποτελέσματα θα μπορούν να είναι συγκρίσιμα.

«Περίπου 20 τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για να μελετήσουν τις κυτταρικές σειρές, επιτρέποντας την αναγνώριση ενός αριθμού μοναδικών σχέσεων μεταξύ των παρατηρήσεων. Για παράδειγμα, μια τεχνική γνωστή ως μικροσκοπία ατομικής δύναμης έδειξε ότι τα μεταστατικά κύτταρα είναι πιο ήπια από ό,τι τα καλοήθη κύτταρα, ενώ μια διαφορετική τεχνική  έδειξε πως τα μεταστατικά κύτταρα ασκούν μεγαλύτερη δύναμη στο περιβάλλον τους, όπως ανέφερε η Κουν.

Μαζί αυτά τα δύο ευρήματα μπορεί να υποδεικνύουν ότι τα μεταστατικά κύτταρα μπορεί να ασκήσoυν δύναμη για να κολλήσουν, μεταναστεύουν και αναδιαμορφώσουν την εξωκυττάρια μήτρα που περικυκλώνει τον όγκο, ενώ παραμένουν αρκετά ευέλικτα για να πιέζουν μέσω μικρών κενών την εν λόγω μεμβράνη.