Le cellule del cancro che possono uscire dalla loro sede e invadere altri organi, sono più aggressive e agile rispetto alle cellule sane, secondo un nuovo studio interdisciplinare. Queste cellule esercitano una maggiore forza sul loro ambiente e possono più facilmente manovrare piccoli spazi.
I ricercatori riferiscono nella rivista rapporti scientifici che un confronto sistematico delle cellule di cancro al seno metastatico con cellule mammarie sane, ha rivelato drammatiche differenze tra le due linee cellulari nella meccanica, migrazione, risposta di ossigeno, produzione di proteine e nella capacità di aderire alle superfici. I ricercatori hanno scoperto nuove informazioni su come le cellule del tumore trasformano le cellule sane in metastatiche, un processo che non è ancora ben compreso.
Le differenze risultate dalla ricerca, tra i due tipi di cellule, potrebbero un giorno aiutare i ricercatori ad individuare le cellule tumorali in anticipo e a prevenire o curare il cancro metastatico, che è responsabile del 90 per cento delle morti per cancro, secondo lo studio. Lo studio è ‘stato finanziato dal Physical Sciences Center-Oncologia (PS-OC), sponsorizzato dal National Cancer Institute. PS-OC ed è una collaborazione di ricercatori nel campo delle scienze fisiche e biologiche, in cerca di una migliore comprensione delle forze fisiche e chimiche che caratterizzano la nascita e il comportamento di cancro.
Uno studio, interdisciplinare, ha rilevato che le cellule tumorali metastatiche sono più aggressive e agili rispetto alle cellule non maligne. Il gruppo di Princeton ha utilizzato microcanali in silicio-incise, per studiare il comportamento e le proprietà fisiche delle cellule tumorali. In questo dispositivo, le cellule tumorali metastatiche entrano nei canali stretti a un’estremità e accelerano rapidamente mentre si muovono lungo il canale.Tale elevata motilità è un segno distintivo di metastasi e anche indicativo del metabolismo del glucosio, un altro segno distintivo del cancro.
“Mettendo insieme diversi tipi di competenze sperimentali per confrontare sistematicamente le cellule metastatiche e non metastatiche, abbiamo avanzato la nostra conoscenza di come si presenta la metastasi”, ha detto Robert Austin, professore di fisica del Princeton PS-OC, insieme a Thea Tlsty della University of California-San Francisco.
I ricercatori del Princeton PS-OC, ad esempio, hanno determinato che le cellule metastatiche, nonostante si muovano più lentamente rispetto alle cellule non maligne, arrivano più lontano in una linea dritta. I ricercatori hanno poi studiato il comportamento delle cellule in piccole camere e canali incisi di silicio, progettate per imitare l’ambiente naturale degli interni del corpo cellulare.
“La mobilità di queste cellule metastatiche è una caratteristica essenziale della loro capacità di rompere la membrana dura [la matrice extracellulare] che il corpo usa per isolare il tumore dal resto del corpo”, ha detto Austin.
Le piccole camere di silicio sono state costruite utilizzando la competenza di Princeton, nella tecnologia di microfabbricazione,tipicamente usata per creare piccole tecnologie come circuiti integrati e cellule solari e sono un esempio del tipo di esperienza che i fisici e gli ingegneri possono portare alla ricerca sul cancro. Per questo studio, il team di Princeton ha lavorato a stretto contatto con un gruppo di ricerca guidato da James Sturm, William di Princeton e Edna Macaleer Professore di Ingegneria e Scienze Applicate e direttore dell’Istituto di Princeton per la Scienza e Tecnologia dei Materiali (PRISM) dove la microfabbricazione è stata realizzata.
Altri risultati di rilievo derivanti dallo studio, sono che le cellule metastatiche recuperano più rapidamente dallo stress di un ambiente povero di ossigeno, rispetto alle cellule non metastatiche . Anche se l’ambiente povero di ossigeno ha ucciso molte delle cellule metastatiche, i sopravvissuti hanno recuperato più forza, sottolineando il ruolo probabile di singole cellule nella diffusione del cancro. Lo studio ha anche esaminato la produzione di proteine totali e proteine rilevate nelle cellule metastatiche che sono coerenti con le proprietà fisiche come la mobilità che le cellule maligne hanno per invadere la matrice extracellulare.
“Il programma PS-OC si propone di utilizzare gli strumenti delle scienze fisiche e prospettive, nella ricerca sul cancro”, ha dichiarato Kuhn. “I risultati di questo studio dimostrano l’utilità di un tale approccio, in particolare quando gli studi sono condotti in modo standardizzato fin dall’inizio.”
Per il progetto a livello nazionale, circa 100 ricercatori provenienti da 20 istituti e laboratori hanno condotto i loro esperimenti utilizzando le stesse due linee cellulari reagenti e protocolli per assicurare che i risultati potessero essere confrontati. I metodi sperimentali variavano da misurazioni fisiche su come le cellule si spingono verso le cellule circostanti, con misurazioni di espressione genica e proteica.
Una tecnica nota come la microscopia a forza atomica ha indicato che le cellule metastatiche sono più morbide rispetto alle cellule non maligne e una tecnica diversa, la microscopia di forza di trazione, ha suggerito che le cellule metastatiche esercitano più forza sul loro ambiente. Insieme, questi due risultati possono indicare che le cellule metastatiche possono esercitare una forza maggiore per migrare e rimodellare la matrice extracellulare dura che circonda il tumore, pur rimanendo abbastanza flessibili per passare attraverso piccoli spazi di quella membrana.
Fonte rapporti scientifici , 2013; 3 DOI: 10,1038 / srep01449
