La rigidez celular puede indicar si los tumores invadirán


El MIT y otros ingenieros siguieron la evolución de las células individuales dentro de un tumor inicialmente benigno, mostrando cómo las propiedades físicas de estas células hacen que el tumor se vuelva invasivo o metastásico.

El equipo realizó experimentos en un tumor de cáncer de mama humano que se desarrolló en el laboratorio. A medida que el tumor creció y recolectó más células durante un período de aproximadamente dos semanas, los investigadores observaron que las células dentro del tumor eran pequeñas y rígidas, mientras que las células ubicadas en la periferia estaba blanda e hinchada. Estas células periféricas más leves tenían más probabilidades de extenderse más allá del cuerpo del tumor, formando "picos invasivos" que eventualmente se dispersaron para extenderse a otros lugares.

Los investigadores encontraron que las células en los límites del tumor eran más blandas porque contenían más agua que las ubicadas en el centro. Las células ubicadas en el centro de un tumor están rodeadas por otras células que presionan hacia adentro, comprimiendo el agua de las células internas para insertarlas en las células en la periferia, a través de El intermediario de canales a nanoescala llamados uniones intermedias.

"Se puede pensar en el tumor como una esponja", dice Ming Guo, profesor asistente de ingeniería mecánica en el MIT. "Cuando crecen, desarrollan tensiones de compresión dentro del tumor, lo que silbará el agua desde el núcleo hacia las células desde el exterior, que se hinchará lentamente con el tiempo". y se vuelven más tiernos, por lo que son más capaces de invadir. "

Cuando el equipo trató el tumor para extraer agua de las células periféricas, se volvieron más rígidas y menos propensas a formar extremos invasivos. Por el contrario, cuando inundaron el tumor con una solución diluida, las mismas células periféricas se inflaron y formaron rápidamente espigas largas y ramificadas que invadieron el entorno circundante.

Arriba, se muestra un tumor en una etapa temprana. Cortesía de los investigadores.

Arriba, se muestra un tumor en etapa tardía. Cortesía de los investigadores.

Los resultados, que el equipo informa hoy en el periódico. Naturaleza física, señale una nueva vía para la terapia contra el cáncer que se centre en modificar las propiedades físicas de las células cancerosas para retrasar o incluso prevenir la propagación de un tumor.

Los coautores de Guo son el autor principal y postdoc del MIT, Yu Long Han, así como Guoqiang Xu, Zichen Gu, Jiawei Sun, Yukun Hao, Staish Kumar Gupta, Yiwei Li y Wenhui Tang, MIT; Adrian Pegoraro y Yuan Yuan de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard John A. Paulson; Hui Li de la Academia China de Ciencias; Kaifu Li, Hua Kang y Lianghong Teng de la Capital Medical University en Beijing; y Jeffrey Fredberg de la Harvard T. H. Chan School of Public Health en Boston.

Célula de la abrazadera

Los científicos sospechan que las células cancerosas que migran desde un tumor primario se deben en parte a su naturaleza más suave y flexible, lo que les permite colarse en el sistema vascular del laboratorio y proliferar lejos del tumor original. . Experimentos anteriores han demostrado esta naturaleza migratoria suave en células cancerosas individuales, pero el equipo de Guo es el primero en explorar el papel de la rigidez celular en un tumor en desarrollo en su conjunto.

"Las personas han estado estudiando células individuales durante mucho tiempo, pero los organismos son sistemas tridimensionales multicelulares", dice Guo. "Cada célula es un componente físico y estamos interesados ​​en cómo cada célula regula sus propias propiedades físicas, porque las células crecen en un tejido como un tumor u órgano".

Los investigadores utilizaron técnicas recientemente desarrolladas para desarrollar células epiteliales humanas sanas en 3D y convertirlas en un laboratorio para tratar un tumor de cáncer de mama en humanos. En la semana siguiente, los investigadores observaron la proliferación de células y su fusión en un tumor primario benigno compuesto por varios cientos de células. Varias veces durante la semana, los investigadores infundieron el creciente número de células con partículas de plástico.

Luego probaron la rigidez de cada celda usando pinzas ópticas, una técnica en la cual los investigadores dirigen un rayo láser altamente enfocado en una celda. En este caso, el equipo formó un láser en una partícula de plástico en cada celda, inmovilizando la partícula en su lugar, luego aplicando un ligero impulso para intentar mover la partícula dentro de la celda, como si no fuera así. Se usaron pinzas para extraer una cáscara de huevo. El amarillo circundante.

Guo explica que la capacidad de los investigadores para mover una partícula les da una idea de la rigidez de la célula circundante: cuanto más resistente es la partícula al desplazamiento, más rígida debe ser una célula. Los investigadores encontraron que los cientos de células en un solo tumor benigno tenían un gradiente de rigidez y tamaño. Las células internas eran más pequeñas y rígidas, y cuanto más lejos estaban las células del núcleo, más grandes y suaves eran. También es más probable que se extiendan desde el tumor primitivo esférico y formen ramas o extremos invasivos.

Para determinar si cambiar el contenido de agua de las células afecta su comportamiento invasivo, el equipo agregó polímeros de bajo peso molecular a la solución tumoral para extraer agua de las células y descubrió que las células estaban empeorando. se redujo, se volvió más rígido y menos propenso a migrar. lejos del tumor, una medida que retrasa la metástasis. Cuando agregaron agua para diluir la solución tumoral, las células, particularmente en los bordes, se hincharon, se volvieron más suaves y formaron picos invasivos más rápidamente.

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

"Descubrimos que no sucedió en un sistema modelo, es real", dice Guo. "Esto significa que podemos desarrollar un tratamiento basado en imágenes físicas, enfocarnos en la rigidez o el tamaño de la célula para ver si puede ayudar". Si hace que las células sean más rígidas, es menos probable que migren, lo que podría retrasar la invasión. "

Tal vez algún día, dice, los médicos puedan examinar un tumor y, según el tamaño y la rigidez de las células, desde el interior para poder decir con certeza si un tumor hará metástasis o no.

"Si se establece un gradiente de tamaño o rigidez, puede saber que causará problemas", dice Guo. "Si no hay pendiente, puede decir que todo está bien".

Esta investigación fue financiada en parte por el Instituto Nacional del Cáncer.

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