Los ingenieros del MIT y otros lugares han seguido la evolución de las células individuales dentro de un tumor inicialmente benigno, mostrando cómo las propiedades físicas de esas células hacen que el tumor se vuelva invasivo, o metastásico.

El equipo llevó a cabo experimentos con un tumor de cáncer de mama humano que se desarrolló en el laboratorio. A medida que el tumor crecía y acumulaba más células durante un período de aproximadamente dos semanas, los investigadores observaron que las células del interior del tumor eran pequeñas y rígidas, mientras que las células de la periferia estaban blandas y más hinchadas. Estos más suaves las células periféricas eran más propensas a extenderse más allá del cuerpo del tumor, formando "puntas invasoras" que eventualmente se separaron para extenderse a otros lugares.

Los investigadores encontraron que las células de los bordes del tumor eran más blandas porque contenían más agua que las del centro. Las células en el centro de un tumor están rodeadas por otras células que presionan hacia adentro, exprimir el agua de las celdas interiores y dentro de esas celdas en la periferia, a través de canales del tamaño de un nanómetro entre ellos llamados uniones gap.

"Puedes pensar en el tumor como una esponja, "dice Ming Guo, profesor asistente de ingeniería mecánica en el MIT. "Cuando crezcan, acumulan tensiones compresivas dentro del tumor, y eso exprimirá el agua desde el núcleo hacia las células en el exterior, que se hincharán lentamente con el tiempo y se volverán más suaves también, por lo tanto, son más capaces de invadir ".

Cuando el equipo trató el tumor para extraer agua de las células periféricas, las células se volvieron más rígidas y menos propensas a formar puntas invasoras. En cambio, cuando inundaron el tumor con una solución diluida, las mismas células periféricas se hincharon y rápidamente se formaron largas, puntas en forma de rama que invadían el entorno circundante.

Los resultados, que el equipo informa en la revista Física de la naturaleza , señalar una nueva ruta para la terapia del cáncer, enfocado en cambiar las propiedades físicas de las células cancerosas para retrasar o incluso prevenir la propagación de un tumor.

Los coautores de Guo incluyen al autor principal y postdoctorado del MIT Yu Long Han, junto con Guoqiang Xu, Zichen Gu, Jiawei sol Yukun Hao, Staish Kumar Gupta, Yiwei Li, y Wenhui Tang, del MIT; Adrian Pegoraro y Yuan Yuan de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard; Hui Li de la Academia de Ciencias de China; Kaifu Li, Hua Kang, y Lianghong Teng de Capital Medical University en Beijing; y Jeffrey Fredberg de la Escuela de Salud Pública T. H. Chan de Harvard en Boston.

Depilación celular

Los científicos sospechan que las células cancerosas que migran de un tumor principal pueden hacerlo en parte debido a que son más blandas, naturaleza más flexible, permitiendo que las células se aprieten a través de la vasculatura de laberintina del cuerpo y proliferen lejos del tumor inicial. Experimentos pasados ​​han demostrado este suave, naturaleza migratoria en células cancerosas individuales, pero el equipo de Guo es el primero en explorar el papel de la rigidez celular en su conjunto, desarrollo de tumor.

"La gente ha examinado las células individuales durante mucho tiempo, pero los organismos son multicelulares, sistemas tridimensionales, "Dice Guo." Cada celda es un bloque de construcción físico, y estamos interesados ​​en cómo cada célula regula sus propias propiedades físicas, a medida que las células se convierten en un tejido como un tumor o un órgano ".

Los investigadores utilizaron técnicas desarrolladas recientemente para hacer crecer células epiteliales humanas sanas en 3-D y transformarlas en un tumor de cáncer de mama humano en el laboratorio. Durante la próxima semana, los investigadores observaron cómo las células se multiplicaban y fusionaban en un tumor primario benigno que comprendía varios cientos de células individuales. Varias veces durante la semana, los investigadores infundieron partículas de plástico al creciente número de células.

Luego probaron la rigidez de cada celda individual con pinzas ópticas, una técnica en la que los investigadores dirigen un rayo láser altamente enfocado a una célula. En este caso, el equipo entrenó un láser en una partícula de plástico dentro de cada celda, fijar la partícula en su lugar, luego aplicando un ligero pulso en un intento de mover la partícula dentro de la celda, muy parecido a usar pinzas para sacar una cáscara de huevo de la yema circundante.

Guo dice que el grado en que los investigadores pueden mover una partícula les da una idea de la rigidez de la célula circundante:cuanto más resistente es la partícula al movimiento, cuanto más rígida debe ser una celda. De este modo, Los investigadores encontraron que los cientos de células dentro de un solo tumor benigno exhiben un gradiente de rigidez y tamaño. Las celdas interiores eran más pequeñas y rígidas, y cuanto más alejadas estaban las células del núcleo, cuanto más suaves y más grandes se volvían. También se volvieron más propensos a extenderse desde el tumor primario esférico y formar ramas, o puntas invasivas.

Para ver si la alteración del contenido de agua de las células afecta su comportamiento invasivo, el equipo agregó polímeros de bajo peso molecular a la solución del tumor para extraer agua de las células, y descubrió que las células se encogieron, se volvió más rígido, y eran menos propensos a migrar lejos del tumor, una medida que retrasó la metástasis. Cuando agregaron agua para diluir la solución del tumor, las celdas, particularmente en los bordes, hinchado se volvió más suave, y formó puntas invasivas más rápidamente.

Como última prueba, los investigadores obtuvieron una muestra del tumor de cáncer de mama de un paciente y midieron el tamaño de cada célula dentro de la muestra del tumor. Observaron un gradiente similar al que encontraron en su tumor derivado de laboratorio:las células en el núcleo del tumor eran más pequeñas que las más cercanas a la periferia.

"Descubrimos que esto no sucede solo en un sistema modelo, es real, "Dice Guo." Esto significa que podemos desarrollar algún tratamiento basado en la imagen física, para apuntar a la rigidez o el tamaño de las células para ver si eso ayuda. Si hace que las células sean más rígidas, tienen menos probabilidades de migrar, y eso podría retrasar la invasión ".

Quizas un dia, él dice, los médicos pueden observar un tumor y, basado en el tamaño y la rigidez de las células, de adentro hacia afuera, poder decir con cierta confianza si un tumor hará metástasis o no.

"Si hay un tamaño establecido o un gradiente de rigidez, puede saber que esto causará problemas, "Dice Guo." Si no hay gradiente, tal vez puedas decir con seguridad que está bien ".