A disseminação de tumores e outros tecidos em crescimento revelou um novo tipo de física.
Em uma nova pesquisa, publicada em 24 de setembro na revista Nature Physics, os cientistas descobriram que as células vivas fazem a transição de folhas 2D para bolhas 3D por um processo anteriormente desconhecido chamado "molhamento ativo". E a física do umedecimento ativo pode ser capaz de explicar por que e como o câncer se espalha.
"Se pudéssemos encontrar uma maneira de modificar seletivamente essas forças em um tumor real, o que é uma tarefa muito difícil, poderíamos planejar um tratamento para evitar a disseminação do câncer", afirmam os co-autores do estudo, Xavier Trepat, do Instituto de Bioengenharia da Catalunha. A Espanha, e Carlos Pérez-González, da Universidade de La Laguna, na Espanha, disseram ao Live Science por e-mail.
Física ativa
Qualquer tipo de aplicação médica para os resultados está muito longe. Trepat e Pérez-González disseram que seus próximos passos envolverão aprofundar a física estranha do umedecimento ativo, sobre o qual pouco se sabe ainda.
O que os pesquisadores descobriram é baseado em experimentos feitos em um laboratório usando células humanas de câncer de mama. Tudo começou, disseram Trepat e Pérez-González, com uma investigação sobre uma proteína chamada E-caderina, que fornece adesão entre as células. Os pesquisadores queriam saber como essa proteína regula a tensão nos tecidos ou grupos de células. O que eles não esperavam era que a tensão dentro do tecido pudesse ficar tão alta que sua folha de tecido se separasse espontaneamente do gel revestido de colágeno que eles estavam usando como substrato e se retraísse em forma de esferóide.
"A primeira vez que observamos esse fenômeno, não tínhamos certeza de como ou por que estava acontecendo", disseram os pesquisadores à Live Science.
Os pesquisadores compararam a umectação ativa com o comportamento dos chamados fluidos passivos, nos quais não existem estruturas vivas para alterar o fluxo de fluidos. Normalmente, em fluidos passivos, um conjunto de equações da física conhecidas como equações de Navier-Stokes determina a dinâmica dos fluidos. Nos fluidos passivos, a transição da folha 2D para o esferóide 3D é chamada de desparafinação. O oposto, um esferóide 3D que se espalha em duas dimensões, é chamado de umedecimento. A ocorrência de umedecimento ou desumidificação é governada pela tensão superficial da interface, pelo líquido e pelo gás envolvidos.)
Mas, à medida que os pesquisadores brincavam com as células cancerígenas em seu experimento - variando parâmetros como tamanho de tecido e níveis de E-caderina -, eles descobriram que as células não estavam se comportando como os fluidos regulares em umedecimento passivo. Isso ocorre porque vários processos ativos, desde a contratilidade do tecido até a adesão do substrato celular, determinam se as células aumentam ou se espalham, descobriram os pesquisadores.
A transição entre a fase de umedecimento espalhada e a fase de desumidificação com bola depende da competição entre as forças célula-célula e as forças que ligam a célula ao substrato, disseram os pesquisadores.
Transições de câncer
Os tecidos crescem e se movem de várias maneiras, inclusive durante o desenvolvimento normal. Mas a transição de umedecimento ativo é importante, porque é o momento chave que as células vão de uma superfície esférica contida para uma folha plana espalhada e espalhada por Trepat e Pérez-González. Em outras palavras, uma vez que as bolas circulares do tumor se espalham e se ligam a uma superfície, o tumor é capaz de se espalhar ainda mais.
"Nossos resultados estabelecem uma estrutura abrangente para entender quais forças são importantes para a invasão do câncer", disseram os pesquisadores. Parte da próxima fase do trabalho será mover os estudos para fora de pratos de laboratório e para tecidos vivos e tumores reais, acrescentaram os pesquisadores.
Os sistemas biológicos podem ser difíceis de encaixar nas estruturas físicas clássicas, escreveram Richard Morris e Alpha Yap em um comentário que acompanha o novo artigo. Morris é pesquisador de pós-doutorado no Instituto Tata de Pesquisa Fundamental na Índia e Yap é biólogo celular na Universidade de Queensland, na Austrália. Mas o novo artigo é um "passo valioso na direção certa" para tornar a física relevante para os problemas da biologia, escreveram Morris e Yap.
"Nesse caso", escreveram eles, "aprendemos que, embora as idéias da física clássica possam ser benéficas na caracterização de sistemas biológicos, a analogia não deve ser levada longe demais e são necessárias novas abordagens".
