L’expansió de cèl·lules tumorals desafia la física actual

• Investigadors de l’IBEC i la UB descobreixen que l’expansió de cèl·lules tumorals no obeeix les lleis de la física tal com estan formulades actualment. Aquesta descoberta ha estat impulsada per la Fundació Bancària “la Caixa”.

• En un article publicat avui a la revista Nature Physics, els investigadors reformulen aquestes lleis i desenvolupen un nou marc que pot contribuir a predir les condicions en què els tumors inicien la metàstasi.

Un tumor maligne es caracteritza per la seva capacitat de disseminar-se pel seu entorn. Per fer-ho, les cèl·lules del tumor han d’adherir-se al teixit que les envolta (principalment col·lagen) i exercir-hi forces per propulsar-se.

Read more…

En un estudi publicat avui a la revista Nature Physics, un equip liderat per Xavier Trepat, investigador ICREA a l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC), i Jaume Casademunt, catedràtic de física a la Universitat de Barcelona (UB), revela les forces que exerceixen les cèl·lules tumorals per escampar-se. Sorprenentment, la relació entre aquestes forces i el moviment cel·lular transcendeix les lleis de la física tal com estan formulades actualment.

Conjunt de cèl·lules de càncer de mama adherides a una superfície rica en col·làgen. Es pot observar el citosquelet d’actina en verd, revestit de miosina activa (ppMLC) en vermell, i les unions cèl·lula-cèl·lula (I-cadherina) en blau.

Els investigadors van situar cèl·lules de tumors de mama sobre una superfície rica en col·lagen i van observar com s’expandien. Tecnologia desenvolupada pel grup de  Trepat els va permetre mesurar les forces físiques exercides per les cèl·lules durant aquest procés, fita que no s’havia aconseguit fins ara. Amb aquest mètode, van descobrir que l’escampament del tumor depèn d’una competició entre forces: les cèl·lules s’agafen entre elles, mantenint-se unides i, a la vegada, s’agafen al seu entorn per escapar-se. En funció de quina força predomini, el tumor mantindrà la seva forma esfèrica o s’escamparà completament sobre la superfície.

Conjunt de cèl·lules de càncer de mama començant a desenganxar-se d’una superfície per formar un agregat esfèric. En vermell observem el citosquelet d’actina estirant de les adhesions al substrat (paxilina), marcades en verd.

“És un procés molt semblant al que passa quan posem una gota d’aigua sobre una superfície. En algunes superfícies, la gota s’escamparà completament, com en el cas d’una rajola, mentre que en altres superfícies la gota romandrà esfèrica, com passa a la tela impermeable d’un paraigua,” explica Carlos Pérez, investigador a l’IBEC, becari de “la Caixa” i primer autor de l’article.

Malgrat les similituds trobades entre els tumors i els líquids quotidians, la física d’ambdós fenòmens és molt diferent. “El mullat de superfícies és un problema central de la física clàssica que entenem molt bé, però els tumors semblen seguir lleis molt diferents” afirma Ricard Alert, investigador a la UB, becari de “la Caixa” i coautor de l’article. A diferència dels fluids passius, les cèl·lules poden generar forces i desplaçar-se per si mateixes. Això converteix els teixits biològics en fluids actius i, en particular, els tumors en gotes actives. Així doncs, entendre l’expansió dels tumors sobre una superfície ha requerit desenvolupar una nova teoria física que els investigadors han anomenat “mullat actiu”.

“Quan pensem en estats de la matèria, solem pensar en sòlids, líquids o gasos. Els nostres resultats i els d’altres laboratoris indiquen que les cèl·lules vives no encaixen en aquest esquema i es comporten com a una altra forma de la matèria, que anomenem matèria activa”, afirma Jaume Casademunt. Quan apareix un tumor, les cèl·lules acumulen mutacions i les seves propietats mecàniques canvien. Generalment, les cèl·lules tumorals perden unions entre elles i guanyen unions amb el seu entorn. Durant el creixement tumoral, el propi entorn és també modificat, augmentant la seva quantitat de col·lagen i la seva rigidesa.

Jaume Casademunt, Carlos Pérez i Xavier Trepat

“Els nostres experiments revelen que aquests canvis són suficients per desajustar el balanç de forces d’un tumor, provocant que les cèl·lules comencin a escampar-se pel seu entorn” explica Xavier Trepat.

Aquesta troballa posa en relleu la importància de les forces físiques en la metàstasi, obrint portes al desenvolupament de teràpies per alterar la mecànica dels tumors com a possible tractament.

L’estudi ha estat finançat pel MINECO, la Generalitat de Catalunya, l’European Research Council (ERC), la Comissió Europea (MECHANOCONTROL), CIBER-BBN i l’Obra Social “la Caixa”.

Carlos Pérez-González, Ricard Alert, Carles Blanch-Mercader, Manuel Gómez-González, Tomasz Kolodziej, Elsa Bazellieres, Jaume Casademunt, Xavier Trepat (2018). Active wetting of epithelial tissues. Nature Physics, epub ahead of print