p Engenheiros do MIT e de outros lugares acompanharam a evolução de células individuais dentro de um tumor inicialmente benigno, mostrando como as propriedades físicas dessas células levam o tumor a se tornar invasivo, ou metastático. p A equipe realizou experimentos com um tumor de câncer de mama humano que se desenvolveu em laboratório. À medida que o tumor cresceu e acumulou mais células ao longo de um período de cerca de duas semanas, os pesquisadores observaram que as células no interior do tumor eram pequenas e rígidas, enquanto as células da periferia eram moles e mais inchadas. Estes mais macios, células periféricas eram mais aptas a se estender além do corpo do tumor, formando "pontas invasivas" que eventualmente se soltaram e se espalharam por outros lugares.

p Os pesquisadores descobriram que as células nas bordas do tumor eram mais macias porque continham mais água do que as do centro. As células no centro de um tumor são rodeadas por outras células que pressionam para dentro, espremer água para fora das células internas e para dentro das células da periferia, através de canais de tamanho nanométrico entre eles, chamados de junções comunicantes.

p "Você pode pensar no tumor como uma esponja, "diz Ming Guo, professor assistente de engenharia mecânica no MIT. "Quando eles crescem, eles criam tensões compressivas dentro do tumor, e isso vai espremer a água do núcleo para as células do lado de fora, que irá inchar lentamente com o tempo e se tornar mais suave também - portanto, eles são mais capazes de invadir. "

p Quando a equipe tratou o tumor para tirar água das células periféricas, as células tornaram-se mais rígidas e menos propensas a formar pontas invasivas. Por outro lado, quando eles inundaram o tumor com uma solução diluída, as mesmas células periféricas incharam e se formaram rapidamente por muito tempo, pontas em forma de galhos que invadiram o ambiente circundante.

p Os resultados, que a equipe relata no diário Física da Natureza , apontar para uma nova rota para a terapia do câncer, focado em alterar as propriedades físicas das células cancerosas para atrasar ou até mesmo impedir a propagação de um tumor.

p Os co-autores de Guo incluem o autor principal e pós-doutorado do MIT Yu Long Han, junto com Guoqiang Xu, Zichen Gu, Jiawei Sun, Yukun Hao, Staish Kumar Gupta, Yiwei Li, e Wenhui Tang, do MIT; Adrian Pegoraro e Yuan Yuan, da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard John A. Paulson; Hui Li, da Academia Chinesa de Ciências; Kaifu Li, Hua Kang, e Lianghong Teng da Capital Medical University em Pequim; e Jeffrey Fredberg da Escola de Saúde Pública Harvard T. H. Chan em Boston.

p Pinça celular

p Os cientistas suspeitam que as células cancerosas que migram de um tumor principal são capazes de fazer isso em parte por causa de sua forma mais suave, natureza mais flexível, permitindo que as células se espremam através da vasculatura labríntica do corpo e se proliferem longe do tumor inicial. Experimentos anteriores mostraram que isso é suave, natureza migratória em células cancerosas individuais, mas a equipe de Guo é a primeira a explorar o papel da rigidez celular como um todo, tumor em desenvolvimento.

p "As pessoas olham para células isoladas há muito tempo, mas os organismos são multicelulares, sistemas tridimensionais, "Guo diz." Cada célula é um bloco de construção físico, e estamos interessados ​​em como cada célula está regulando suas próprias propriedades físicas, à medida que as células se desenvolvem em um tecido como um tumor ou um órgão. "

p Os pesquisadores usaram técnicas desenvolvidas recentemente para cultivar células epiteliais humanas saudáveis ​​em 3-D e transformá-las em um tumor de câncer de mama humano em laboratório. Na próxima semana, os pesquisadores observaram enquanto as células se multiplicavam e se aglutinavam em um tumor primário benigno que compreendia várias centenas de células individuais. Várias vezes ao longo da semana, os pesquisadores infundiram o número crescente de células com partículas de plástico.

p Eles então sondaram a rigidez de cada célula individual com pinças ópticas, uma técnica na qual os pesquisadores direcionam um feixe de laser altamente focado em uma célula. Nesse caso, a equipe treinou um laser em uma partícula de plástico dentro de cada célula, fixando a partícula no lugar, em seguida, aplicar um leve pulso na tentativa de mover a partícula dentro da célula, muito parecido com usar uma pinça para retirar a casca de um ovo da gema ao redor.

p Guo diz que o grau em que os pesquisadores podem mover uma partícula lhes dá uma ideia da rigidez da célula circundante:quanto mais resistente a partícula é ao movimento, mais rígida uma célula deve ser. Desta maneira, os pesquisadores descobriram que as centenas de células dentro de um único tumor benigno exibem um gradiente de rigidez e também de tamanho. As células internas eram menores e mais rígidas, e quanto mais longe as células estavam do núcleo, mais suaves e maiores eles se tornaram. Eles também se tornaram mais propensos a se estender a partir do tumor primário esférico e formar ramos, ou dicas invasivas.

p Para ver se a alteração do teor de água das células afeta seu comportamento invasivo, a equipe adicionou polímeros de baixo peso molecular à solução do tumor para extrair água das células, e descobri que as células encolheram, tornou-se mais rígido, e eram menos propensos a migrar para longe do tumor - uma medida que atrasava a metástase. Quando eles adicionaram água para diluir a solução do tumor, as células, particularmente nas bordas, inchado, ficou mais suave, e formaram pontas invasivas mais rapidamente.

p Como último teste, os pesquisadores obtiveram uma amostra do tumor de câncer de mama de um paciente e mediram o tamanho de cada célula na amostra do tumor. Eles observaram um gradiente semelhante ao que encontraram em seu tumor derivado de laboratório:as células no núcleo do tumor eram menores do que aquelas mais próximas da periferia.

p "Descobrimos que isso não acontece apenas em um sistema modelo - é real, "Diz Guo." Isso significa que podemos desenvolver algum tratamento com base na imagem física, para direcionar a rigidez ou o tamanho da célula para ver se isso ajuda. Se você tornar as células mais rígidas, eles são menos propensos a migrar, e isso pode atrasar a invasão. "

p Talvez um dia, ele diz, os médicos podem ser capazes de examinar um tumor e, com base no tamanho e na rigidez das células, de dentro para fora, ser capaz de dizer com alguma confiança se um tumor irá metastatizar ou não.

p "Se houver um tamanho estabelecido ou gradiente de rigidez, você pode saber que isso vai causar problemas, "Guo diz." Se não houver gradiente, você pode dizer com segurança que está tudo bem. "