La membrana alrededor de los tumores puede ser la clave para prevenir la metástasis | Noticias del MIT



Para que las células cancerosas hagan metástasis, primero deben liberarse de las propias defensas del tumor. La mayoría de los tumores están envueltos en una membrana protectora "basal", una película delgada y flexible que mantiene las células cancerosas en su lugar a medida que crecen y se dividen. Antes de extenderse a otras partes del cuerpo, las células deben perforar la membrana basal, un material que en sí mismo ha sido difícil de caracterizar para los científicos.

Ahora, los ingenieros del MIT han sondeado la membrana basal de los tumores de cáncer de mama y han descubierto que el revestimiento aparentemente delicado es tan resistente como una envoltura de plástico, pero sorprendentemente elástico como un globo de fiesta, capaz de inflarse por sí mismo, el doble de su tamaño original.

Pero mientras que un globo se vuelve mucho más fácil de inflar después del esfuerzo inicial, el equipo descubrió que una membrana basal se vuelve más rígida a medida que se expande.

Esta calidad rígida pero elástica puede ayudar a las membranas basales a controlar el crecimiento del tumor. El hecho de que las membranas parezcan endurecerse a medida que se expanden sugiere que pueden frenar el crecimiento de un tumor y su potencial de propagación o metástasis, al menos hasta cierto punto.

Los resultados, publicados esta semana en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias, puede allanar el camino para la prevención de metástasis tumorales, que es la causa más común de muerte relacionada con el cáncer.

"Ahora podemos pensar en formas de agregar nuevos materiales o medicamentos para mejorar aún más este efecto de endurecimiento y aumentar la dureza de la membrana para evitar que las células cancerosas se perforen", dice Ming Guo, autor principal del estudio y profesor asociado de ingeniería mecánica en MIT.

Los coautores de Guo incluyen al primer autor Hui Li de la Universidad Normal de Beijing, Yue Zheng y Shengqiang Cai de la Universidad de California en Santa Diego, y el becario postdoctoral del MIT Yu Long Han.

Explotar

La membrana basal envuelve no solo crecimientos cancerosos, sino también tejidos y órganos sanos. La película, una fracción del grosor de un cabello humano, sirve como soporte físico que mantiene los tejidos y órganos en su lugar y ayuda a dar forma a su geometría, mientras los mantiene separados y distintos.

El grupo de Guo se especializa en el estudio de la mecánica celular, centrándose en el comportamiento de las células cancerosas y los procesos que provocan la metástasis de los tumores. Los investigadores habían estudiado cómo estas células interactúan con su entorno a medida que migran a través del cuerpo.

"Una pregunta crítica de la que nos hemos dado cuenta de que no ha recibido suficiente atención es, ¿qué pasa con la membrana que rodea a los tumores?" Dijo Guo. “Para salir, las células tienen que romper esta capa. ¿Qué es esta capa en términos de propiedades del material? ¿Es esto algo que las células tienen que esforzarse mucho para descomponer? Esto es lo que nos motivó a examinar la membrana basal. "

Para medir las propiedades de la membrana, los científicos utilizaron microscopía de fuerza atómica (AFM), utilizando una pequeña sonda mecánica para empujar suavemente la superficie de la membrana. La fuerza necesaria para deformar la superficie puede dar a los investigadores una idea de la resistencia o elasticidad de un material. Pero, dado que la membrana basal es extremadamente delgada y difícil de separar del tejido subyacente, Guo dice que es difícil saber a partir de las mediciones de AFM cuál es la resistencia de la membrana, aparte de la tela debajo.

En cambio, el equipo utilizó una técnica simple, similar a inflar un globo, para aislar la membrana y medir su elasticidad. Primero cultivaron células de cáncer de mama humano, que secretan proteínas de forma natural para formar una membrana alrededor de grupos de células llamados esferoides tumorales. Cultivaron varios esferoides de diferentes tamaños e insertaron una microaguja de vidrio en cada tumor. Inyectaron a los tumores líquido a presión controlada, lo que provocó que las membranas de las células se despegaran y se hincharan como un globo.

Los investigadores aplicaron varias presiones constantes para inflar las membranas hasta que alcanzaran un estado estable o ya no pudieran expandirse, y luego apagaron la presión.

"Es una experiencia muy simple que puede decirle varias cosas", dice Guo. "En primer lugar, cuando se inyecta presión para inflar este globo, se vuelve mucho más grande que su tamaño original. Y tan pronto como sueltas la presión, esta se contrae gradualmente, lo que es un comportamiento clásico de un material elástico, similar a un globo de goma. "

Presión elástica

Al inflar cada esferoide, los investigadores observaron que, si bien la capacidad de inflar y desinflar de una membrana basal mostraba que era generalmente elástica como un globo, los detalles más específicos de este comportamiento eran sorprendentemente diferentes.

Para empezar, inflar un globo de látex suele requerir bastante esfuerzo y presión. Una vez que se pone en marcha y comienza a inflarse un poco, el globo de repente se vuelve mucho más fácil de inflar.

Como regla general, una vez que el radio de un globo aumenta alrededor de un 38%, no es necesario soplar más fuerte, simplemente mantenga la presión y el globo se expandirá considerablemente ", explica Guo.

Este fenómeno, conocido como inestabilidad a presión, se observa en globos hechos de materiales linealmente elásticos, lo que significa que su elasticidad o rigidez inherente no cambia a medida que se deforman o se inflan.

Pero según sus mediciones, los investigadores encontraron que la membrana basal se vuelve más rígida o más fuerte a medida que se hincha, lo que indica que el material no es linealmente elástico y puede cambiar su rigidez a medida que se deforma.

"Si ocurriera una inestabilidad repentina, un tumor se convertiría en un desastre, simplemente explotaría", dice Guo. "En este caso, no lo es. Esto me dice que la membrana basal ayuda a controlar el crecimiento. "

El equipo planea medir las propiedades de la membrana en diferentes etapas del desarrollo del cáncer, así como su comportamiento en torno a tejidos y órganos sanos. También están estudiando formas de cambiar la elasticidad de la membrana para ver si su rigidez evitará que las células cancerosas se perforen.

"Estamos monitoreando activamente cómo modificar la mecánica de estas membranas y aplicando alteraciones en los modelos de cáncer de mama, para ver si podemos retrasar su invasión o metástasis", explica Guo. "Es una analogía con la fabricación de un globo más rígido, que planeamos probar".

Esta investigación fue apoyada, en parte, por la Fundación Alfred Sloan y el Instituto Nacional del Cáncer.

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