La propagación de tumores y otros tejidos en crecimiento ha revelado un tipo completamente nuevo de física.
En una nueva investigación, publicada el 24 de septiembre en la revista Nature Physics, los científicos descubrieron que las células vivas hacen la transición de láminas 2D a blobs 3D mediante un proceso previamente desconocido llamado "humectación activa". Y la física de la humectación activa puede explicar por qué y cómo se propagan los cánceres.
"Si pudiéramos encontrar la manera de modificar selectivamente estas fuerzas en un tumor real, lo cual es una tarea muy difícil, podríamos diseñar un tratamiento para evitar la diseminación del cáncer", coautores del estudio Xavier Trepat, del Instituto de Bioingeniería de Cataluña en España, y Carlos Pérez-González, de la Universidad de La Laguna en España, le dijeron a Live Science en un correo electrónico.
Física activa
Cualquier tipo de solicitud médica para los hallazgos está muy lejos. Trepat y Pérez-González dijeron que sus próximos pasos consistirán en profundizar en la extraña física de la humectación activa, de la que aún se sabe poco.
Lo que los investigadores han encontrado se basa en experimentos realizados en una placa de laboratorio con células de cáncer de mama humano. Todo comenzó, dijeron Trepat y Pérez-González, con una investigación sobre una proteína llamada E-cadherina, que proporciona adhesión entre las células. Los investigadores querían saber cómo esta proteína regula la tensión dentro de los tejidos o grupos de células. Lo que no esperaban era que la tensión dentro del tejido pudiera llegar a ser tan alta que su lámina de tejido se desprendiera espontáneamente del gel recubierto de colágeno que estaban usando como sustrato y se retraería en forma de esferoide.
"La primera vez que observamos este fenómeno, no estábamos seguros de cómo o por qué sucedía", dijeron los investigadores a Live Science.
Los investigadores compararon la humectación activa con el comportamiento de los llamados fluidos pasivos, en los que no hay estructuras vivas para alterar el flujo de fluidos. Normalmente, en fluidos pasivos, un conjunto de ecuaciones físicas conocidas como ecuaciones de Navier-Stokes dicta la dinámica de fluidos. En fluidos pasivos, la transición de la lámina 2D al esferoide 3D se llama deshumectación. Lo opuesto, un esferoide 3D que se extiende en dos dimensiones, se llama humectación. Ya sea que se humedezca o se humedezca se rige por la tensión superficial de la interfaz, el líquido y el gas involucrados).
Pero a medida que los investigadores jugaban con las células cancerosas en su experimento, que variaban los parámetros como el tamaño del tejido y los niveles de E-cadherina, descubrieron que las células no se comportaban como los fluidos normales en la humectación y la humectación pasivas. Esto se debe a que varios procesos activos, desde la contractilidad del tejido hasta la adhesión del sustrato celular, determinan si las células se hinchan o se expanden, encontraron los investigadores.
La transición entre la fase de humectación extendida y la fase de deshumectación balanceada depende de la competencia entre las fuerzas de la célula y las fuerzas que unen la célula al sustrato, dijeron los investigadores.
Transiciones de cáncer
Los tejidos crecen y se mueven de muchas maneras, incluso durante el desarrollo normal. Pero la transición de humectación activa es importante, porque es el momento clave en que las células pasan de una lámina esférica contenida a una lámina plana y expansiva, dijeron Trepat y Pérez-González. En otras palabras, una vez que las bolas circulares de tumor se extienden y se adhieren a una superficie, el tumor puede propagarse aún más.
"Nuestros resultados establecieron un marco integral para comprender qué fuerzas son importantes para la invasión del cáncer", dijeron los investigadores. Parte de la próxima fase del trabajo será trasladar los estudios de los platos de laboratorio a tejidos vivos y tumores reales, agregaron los investigadores.
Los sistemas biológicos pueden ser difíciles de encajar en los marcos de física clásicos, escribieron Richard Morris y Alpha Yap en un comentario que acompaña al nuevo artículo. Morris es investigador postdoctoral en el Instituto Tata de Investigación Fundamental en India, y Yap es biólogo celular en la Universidad de Queensland en Australia. Pero el nuevo artículo es un "paso valioso en la dirección correcta" para hacer que la física sea relevante para los problemas de la biología, escribieron Morris y Yap.
"En este caso", escribieron, "aprendemos que, si bien las ideas de la física clásica pueden ser beneficiosas en la caracterización de los sistemas biológicos, la analogía no debe llevarse demasiado lejos, y se necesitan nuevos enfoques".
