Mudanças nas propriedades mecânicas das células estão entre os primeiros sinais de desenvolvimento de um câncer. Até agora, um dos principais obstáculos ao uso da mecânica no diagnóstico do câncer tem sido a falta de um procedimento de medição padronizado que garanta a reprodutibilidade e confiabilidade dos resultados. Graças à cooperação científica europeia que envolve o Instituto de Física Nuclear da Academia Polaca de Ciências em Cracóvia, este obstáculo foi agora eliminado.



Quando as células saudáveis ​​se transformam em células cancerígenas, as suas propriedades mecânicas mudam. Esta observação poderia ser usada para detectar rapidamente o câncer em pacientes, mas somente se as medições mecânicas das amostras coletadas fossem verdadeiramente confiáveis. Um passo importante nesse sentido é a proposta de padronização de medidas, que acaba de ser apresentada em Nanoescala .

O artigo publicado é o resultado de vários anos de colaboração entre cientistas das universidades europeias de Amesterdão, Barcelona, ​​Bremen, Lille, Marselha, Milão, Münster e do Instituto de Física Nuclear da Academia Polaca de Ciências (IFJ PAN) em Cracóvia.

Em 1999, foi demonstrado no IFJ PAN que, em relação às células saudáveis, as células cancerígenas são caracterizadas por uma maior deformabilidade do citoesqueleto, tornando mais fácil para elas se espremerem através dos vasos estreitos do sangue e/ou sistema linfático e formarem metástases. Hoje, sabemos que as células cancerígenas da mama, do intestino, da bexiga ou da próstata tornam-se mais moles já nas fases iniciais da transformação do tumor, enquanto as células de outros, como as leucemias, tornam-se mais rígidas.

Embora a alteração nas propriedades mecânicas das células também possa ser causada por outros fatores, como a inflamação, sua presença torna claramente inevitáveis ​​exames adicionais e mais precisos no paciente.

“Se tivéssemos à nossa disposição um procedimento de medição reproduzível, com a ajuda de equipamento de laboratório apropriado, poderíamos detectar rapidamente anormalidades nas propriedades mecânicas das células, indicando fortemente a possibilidade de desenvolvimento de alterações cancerígenas no corpo do paciente”, diz o Prof. Lekka (IFJ PAN) e observa que o termo “rapidamente” aqui tem um duplo significado.

"Por um lado, podemos tentar diagnosticar o cancro na fase inicial do seu desenvolvimento, altura em que outros testes normalmente ainda não mostram alterações celulares significativas. Por outro lado, acontece simplesmente que o procedimento de medição em si não é muito complicado. não requer grandes quantidades de material biológico nem leva muito tempo."

Mudanças nas propriedades biomecânicas das células podem ser medidas usando microscópios de força atômica (AFM). Dispositivos deste tipo são geralmente usados ​​para criar imagens do micromundo, mesmo em escalas que permitem a detecção de átomos únicos. O ponto importante aqui é que nos AFMs uma força precisamente definida pode ser aplicada ao substrato sob investigação por meio de suas sondas.

Se o substrato for uma célula, a sua resposta mecânica permite determinar o coeficiente de elasticidade (módulo de Young) e, com base nisso, tirar conclusões sobre a elasticidade não só das estruturas da membrana celular, mas também das proximidades da célula núcleo.

Os microscópios de força atômica não estão entre os instrumentos de laboratório mais caros, mas não se pode dizer que sejam baratos. Felizmente, existem versões mais simples:dispositivos chamados penetradores, que não possuem a função de imagem, mas são totalmente suficientes para estudar as propriedades mecânicas das células.

"O principal factor que limitou o desenvolvimento do nosso método de diagnóstico do cancro até à data não foi, portanto, o custo do equipamento, mas a falta de um procedimento de medição adequado. Para ser franco, os resultados obtidos em diferentes laboratórios, em aparelhos de diferentes os fabricantes, em amostras preparadas de forma diferente, não eram suficientemente reproduzíveis para serem usados ​​como base para decisões responsáveis ​​sobre a direção de futuras ações médicas", explica o Prof. Lekka.

No seu último artigo, o grupo internacional de investigadores demonstra que seguindo um procedimento cuidadosamente desenvolvido, será sempre obtido o mesmo valor do módulo de Young para as mesmas células, independentemente do local onde a medição é realizada ou do fabricante do aparelho utilizado.

O protocolo inclui, entre outras coisas, preparação de amostras, calibração do aparelho de medição e como analisar os resultados. Para aumentar a confiabilidade das medições, foi fundamental levar em conta a influência do substrato rígido sobre o qual as células tumorais foram depositadas.

As alterações nas propriedades mecânicas das células ocorrem mais cedo do que as alterações ópticas no cancro, pelo que o método proposto permitirá que a doença seja detectada com mais antecedência do que antes. O valor deste progresso provavelmente variará entre os diferentes tipos de cancro, mas isto só será determinado por estudos futuros. No entanto, já se sabe com certeza que o novo método de diagnóstico é mais sensível do que as técnicas ópticas actualmente utilizadas no diagnóstico do cancro.

A utilização de procedimentos de medição padronizados, juntamente com o registro e análise automática dos dados, permitirá que o teste seja realizado em menor tempo. Em vez de esperar várias semanas pelo resultado, o paciente poderá recebê-lo em apenas alguns dias.

Num futuro próximo, os investigadores pretendem concentrar-se em reduzir ainda mais o número de diagnósticos falso-positivos e testar o procedimento em estudos de entidades de doenças selecionadas. Antes que a técnica de detecção mecânica de lesões cancerígenas chegue aos hospitais, ainda será necessária uma fase de ensaios clínicos, que serão realizados em colaboração com as unidades médicas interessadas.

Mais informações: Sandra Pérez-Domínguez et al, Medições confiáveis ​​e padronizadas para propriedades mecânicas celulares, Nanoescala (2023). DOI:10.1039/D3NR02034G
Informações do diário: Nanoescala

Fornecido por Instituto de Física Nuclear Henryk Niewodniczanski, Academia Polonesa de Ciências