p A capacidade das células cancerosas de tolerar condições de superlotação pode ser uma chave para compreender o crescimento e a formação do tumor, de acordo com um modelo matemático que foi aplicado ao crescimento de células cancerosas pela primeira vez. O modelo pode replicar padrões de crescimento de células de melanoma vistos em experimentos de laboratório, controlando a 'área de exclusão' - a quantidade de espaço necessária - em torno de dois tipos de células simuladas à medida que crescem e se espalham. Um artigo descrevendo o modelo e os experimentos aparece em uma edição recente da revista Relatórios Científicos . p "Quando nossos colaboradores cultivaram células cancerosas de melanoma em uma cultura mista com células normais, "disse Yuri Suhov, professor de matemática da Penn State e autor do artigo, "as células cancerosas cresceram e se espalharam mais rapidamente, formação de aglomerados de células de melanoma rodeadas por células não cancerosas. Este padrão agrupado de células de melanoma se assemelhava a prototumores bidimensionais, portanto, estávamos interessados ​​em modelar essa formação de padrão para entender o que as células cancerosas permitem que cresçam dessa maneira. O melanoma é um câncer de pele de ocorrência relativamente rara. Contudo, é uma das formas mais letais de câncer caracterizada por um alto potencial de metástase, o que torna crucial entender a dinâmica do crescimento do tumor e desenvolver métodos para detecção precoce. "

p Os pesquisadores aplicaram uma modificação do modelo Widom-Rowlinson - um modelo matemático que tem sido usado em contextos que vão da química teórica à sociologia - para tentar determinar quais fatores explicam o padrão de crescimento celular observado nos experimentos de laboratório. Seu modelo simula o crescimento de dois tipos de células que inicialmente estão uniformemente misturados e uniformemente espaçados em uma grade. Ao variar os parâmetros do modelo, os pesquisadores podem controlar a taxa em que cada tipo de célula se replica, morre, e migra, bem como a área de exclusão necessária ao redor das células.

p "Ao alterar a distância de exclusão entre os dois tipos de células nas simulações, fomos capazes de replicar os padrões agrupados vistos nos experimentos, "disse Izabella Stuhl, professor assistente visitante de matemática na Penn State e outro autor do artigo. "O tipo de célula com a área de exclusão mais estreita era mais tolerante a condições densas e padrões formados quase idênticos aos aglomerados de células de melanoma vistos em experimentos de laboratório. Isso sugere que uma redução na 'inibição de contato' - um fator conhecido que impede as células de replicar quando se chocam com outras células - pode ser o que permite que os tumores se formem. "

p No curso de seu trabalho, os pesquisadores primeiro fizeram previsões com base no modelo matemático. Em seguida, as simulações numéricas foram realizadas, em paralelo com os experimentos de co-cultura. Os resultados simulados foram comparados repetidamente com os dados experimentais.

p Os pesquisadores planejam continuar a expandir seu modelo em combinação com dados de experimentos do mundo real no crescimento de células cancerosas. Esta combinação de modelagem teórica com experimentos de laboratório pode levar a descobertas adicionais sobre os fatores que contribuem para o crescimento das células cancerosas.

p "Os tumores crescem em lugares normais, as células saudáveis ​​não podem porque as células já estão densamente compactadas, "disse Suhov." Inibição de contato, que modelamos como área de exclusão, pode ser uma das coisas que impede que as células não cancerosas se espalhem de forma incontrolável, mas as células cancerosas de alguma forma superam isso. Por outro lado, as células normais tentam formar 'camadas de borda', de maior densidade celular, cercando aglomerados semelhantes a tumores como se quisessem isolar tumores e evitar que se espalhem ainda mais. Nosso modelo mostra que esses fatores são relevantes quando se tenta explicar as imagens de crescimento celular vistas em laboratório. É notável que a mistura de células de fontes biológicas não relacionadas mostre um padrão de comportamento persistente. Contudo, gostaríamos de expandir isso para obter uma melhor compreensão de como as células cancerosas se comportam em um ambiente natural. À medida que continuamos a refinar nosso modelo com base em dados experimentais adicionais, podemos ser capazes de construir parâmetros que nos permitam entender melhor os processos biológicos precisos que causam a formação de tumores. "