Sự lan rộng của các khối u và các mô đang phát triển khác đã tiết lộ một loại vật lý hoàn toàn mới.
Trong nghiên cứu mới, được công bố vào ngày 24 tháng 9 trên tạp chí Nature Vật lý, các nhà khoa học phát hiện ra rằng các tế bào sống chuyển từ các tấm 2D sang các đốm 3D bằng một quá trình chưa được biết trước đó gọi là "làm ướt hoạt động". Và vật lý của làm ướt hoạt động có thể có thể giải thích tại sao và làm thế nào ung thư lây lan.
"Nếu chúng ta có thể tìm ra cách sửa đổi có chọn lọc các lực này trong một khối u thực sự, đó là một nhiệm vụ rất khó khăn, chúng ta có thể thiết kế một phương pháp điều trị để tránh phổ biến ung thư", đồng tác giả nghiên cứu Xavier Trepat, thuộc Viện nghiên cứu sinh học của xứ Catalan ở Tây Ban Nha, và Carlos Pérez-González, thuộc Đại học de La Laguna ở Tây Ban Nha, đã nói với Live Science trong một email.
Vật lý hoạt động
Bất kỳ loại ứng dụng y tế cho các phát hiện là một chặng đường dài. Trepat và Pérez-González nói rằng các bước tiếp theo của họ sẽ liên quan đến việc đi sâu hơn vào vật lý kỳ lạ của việc làm ướt hoạt động, về điều mà ít ai biết đến.
Những gì các nhà nghiên cứu đã tìm thấy được dựa trên các thí nghiệm được thực hiện trong một món ăn trong phòng thí nghiệm sử dụng tế bào ung thư vú ở người. Tất cả bắt đầu, Trepat và Pérez-González cho biết, với một cuộc điều tra về một loại protein gọi là E-cadherin, cung cấp độ bám dính giữa các tế bào. Các nhà nghiên cứu đã muốn biết làm thế nào protein này điều chỉnh sự căng thẳng trong các mô hoặc các nhóm tế bào. Những gì họ không mong đợi là sự căng thẳng trong mô có thể tăng cao đến mức tấm mô của họ sẽ tự tách ra khỏi gel phủ collagen mà họ đang sử dụng làm chất nền và rút lại thành hình cầu.
"Lần đầu tiên chúng tôi quan sát hiện tượng này, chúng tôi không chắc chắn về cách thức và lý do tại sao nó xảy ra", các nhà nghiên cứu nói với Live Science.
Các nhà nghiên cứu đã đối chiếu việc làm ướt chủ động với hành vi của cái gọi là chất lỏng thụ động, trong đó không có cấu trúc sống để thay đổi dòng chảy chất lỏng. Thông thường, trong chất lỏng thụ động, một tập hợp các phương trình vật lý được gọi là phương trình Navier-Stokes chỉ ra động lực học chất lỏng. Trong chất lỏng thụ động, quá trình chuyển từ tấm 2D sang hình cầu 3D được gọi là nhúng. Ngược lại, một hình cầu 3D trải ra thành hai chiều, được gọi là ướt. Cho dù ướt hay ướt xảy ra đều bị chi phối bởi sức căng bề mặt của giao diện, chất lỏng và khí liên quan.)
Nhưng khi các nhà nghiên cứu chơi với các tế bào ung thư trong thí nghiệm của họ - các thông số khác nhau như kích thước mô và mức E-cadherin - họ phát hiện ra rằng các tế bào không hoạt động giống như chất lỏng thông thường làm ướt và ướt thụ động. Điều này là do một số quá trình hoạt động, từ sự co bóp của mô đến sự kết dính của tế bào - chất nền, xác định xem các tế bào có bóng lên hay lan ra không, các nhà nghiên cứu phát hiện.
Các nhà nghiên cứu cho biết, quá trình chuyển đổi giữa giai đoạn làm ướt lan rộng và giai đoạn làm ướt bóng phụ thuộc vào sự cạnh tranh giữa các lực tế bào và lực gắn tế bào với chất nền.
Ung thư chuyển
Các mô phát triển và di chuyển theo nhiều cách, bao gồm cả trong quá trình phát triển bình thường. Nhưng quá trình làm ướt hoạt động rất quan trọng, bởi vì đây là thời điểm quan trọng mà các tế bào đi từ một hình cầu chứa sang một tấm phẳng, Trepat và Pérez-González nói. Nói cách khác, một khi những quả bóng tròn của khối u lan ra và bám vào bề mặt thì khối u có thể lan rộng hơn.
"Các kết quả của chúng tôi thiết lập một khuôn khổ toàn diện để hiểu lực lượng nào là quan trọng cho cuộc xâm lược ung thư", các nhà điều tra cho biết. Một phần của giai đoạn tiếp theo của công việc sẽ là chuyển các nghiên cứu ra khỏi các món ăn trong phòng thí nghiệm và vào mô sống và các khối u thực sự, các nhà nghiên cứu cho biết thêm.
Các hệ thống sinh học có thể khó phù hợp với các khung vật lý cổ điển, Richard Morris và Alpha Yap đã viết trong một bình luận kèm theo bài báo mới. Morris là một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Viện nghiên cứu cơ bản Tata ở Ấn Độ, và Yap là một nhà sinh học tế bào tại Đại học Queensland, Úc. Nhưng bài báo mới là một "bước có giá trị theo đúng hướng" để làm cho vật lý có liên quan đến các vấn đề của sinh học, Morris và Yap đã viết.
"Trong trường hợp này," họ viết, "chúng tôi học được rằng, trong khi những ý tưởng từ vật lý cổ điển có thể có lợi trong việc mô tả các hệ thống sinh học, thì sự tương tự không được đẩy quá xa, và cần có những cách tiếp cận mới."
