Поширення пухлин та інших зростаючих тканин виявило абсолютно новий тип фізики.
У новому дослідженні, опублікованому 24 вересня в журналі Nature Physics, вчені виявили, що живі клітини переходять від двовимірних аркушів до 3D крапель за допомогою раніше невідомого процесу, званого "активне змочування". Фізика активного намокання може пояснити, чому і як поширюються ракові захворювання.
"Якби ми могли знайти спосіб вибіркової модифікації цих сил у справжній пухлині, що є дуже важким завданням, ми могли б розробити лікування, щоб уникнути поширення раку", - співавтори дослідження Ксав'є Трепат з Інституту біоінженерії Каталонії в Іспанія та Карлос Перес-Гонсалес з Університету де Ла Лагуна в Іспанії розповіли Live Science в електронному листі.
Активна фізика
Будь-яке медичне застосування для результатів дослідження - це далеко не так. Трепат і Перес-Гонсалес заявили, що їх наступні кроки включатимуть заглиблення в дивну фізику активного намокання, про яку ще мало відомо.
Те, що з’ясували дослідники, ґрунтується на експериментах, проведених у лабораторній посуді із використанням клітин раку молочної залози людини. Все почалося, сказали Трепат і Перес-Гонсалес, з дослідження білка під назвою Е-кадгерин, який забезпечує адгезію між клітинами. Дослідники хотіли дізнатися, як цей білок регулює напругу всередині тканин або груп клітин. Вони не очікували, що напруга всередині тканини може набути такого високого рівня, що їх аркуш тканини спонтанно відірветься від покритого колагеном гелю, який вони використовували як субстрат, і втягнеться у форму сфероїда.
"Перший раз, коли ми спостерігали це явище, ми не були впевнені в тому, як і чому це відбувається", - розповіли дослідники Live Science.
Дослідники протиставляли активне змочування поведінкою так званих пасивних рідин, в яких немає живих структур для зміни потоку рідини. Зазвичай у пасивних рідинах набір рівнянь фізики, відомий як рівняння Нав'є-Стокса, диктує динаміку рідини. У пасивних рідинах перехід від двовимірного аркуша до 3D-сфероїда називається омолодженням. Навпаки, 3D-сфероїд, що поширюється на два виміри, називається змочуванням. Незалежно від того, чи відбувається намокання або омолодження, регулюється поверхневий натяг інтерфейсу, рідини та газу.)
Але, як дослідники грали з раковими клітинами в своєму експерименті - різними параметрами, такими як розмір тканини та рівень Е-кадгерину, - вони виявили, що клітини не поводяться так, як звичайні рідини роблять при пасивному змочуванні та зневодненні. Це пояснюється тим, що цілий ряд активних процесів - від скоротливості тканини до адгезії клітин-субстрату - визначає, чи збиваються клітини або розповсюджуються, виявили дослідники.
Перехід між фазою розмочуваного змочування та фазою омолодження, що розгортається, залежить від конкуренції між силами клітини та силами, які прикріплюють клітину до субстрату, зазначають дослідники.
Ракові переходи
Тканини ростуть і рухаються безліччю способів, в тому числі під час нормального розвитку. Але активний перехід змочування є важливим, оскільки це ключовий момент, коли клітини переходять від сферичної сферики до розповсюдженого, плоского аркуша, сказали Трепат і Перес-Гонсалес. Іншими словами, як тільки кругові кульки пухлини розтягнуться і прикріпляться до поверхні, пухлина здатна поширюватися далі.
"Наші результати створили всеосяжну основу, щоб зрозуміти, які сили важливі для вторгнення раку", - сказали слідчі. Частиною наступного етапу роботи буде переміщення досліджень з лабораторного посуду та в живу тканину та справжні пухлини, додали дослідники.
Біологічні системи можуть бути важко вписатись у класичні рамки фізики, написали Річард Морріс та Альфа Яп у коментарі, що супроводжує новий документ. Морріс - докторський науковий співробітник Татського інституту фундаментальних досліджень в Індії, а Яп - клітинний біолог університету Квінсленду в Австралії. Але нова стаття є «цінним кроком у правильному напрямку» для того, щоб зробити фізику відповідною до проблем біології, писали Морріс та Яп.
"У цьому випадку, - писали вони, - ми дізнаємось, що, хоча ідеї класичної фізики можуть бути корисними при характеристиці біологічних систем, аналогія не повинна надто сильно просуватися, і потрібні нові підходи".
