Lʼexpansió de les cèl·lules tumorals desafia la física actual

D'esquerra a dreta, els investigadors Jaume Casademunt, Carlos Pérez i Xavier Trepat. Foto: IBEC
D'esquerra a dreta, els investigadors Jaume Casademunt, Carlos Pérez i Xavier Trepat. Foto: IBEC
Recerca
(25/09/2018)

Un tumor maligne es caracteritza per la capacitat de disseminar-se pel seu entorn. Per fer-ho, les cèl·lules del tumor s'han dʼadherir al teixit que les envolta (principalment col·lagen) i exercir-hi forces per propulsar-se. En un estudi publicat a la revista Nature Physics, un equip liderat per Xavier Trepat, investigador ICREA a lʼInstitut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) i professor del Departament de Biomedicina, i Jaume Casademunt, catedràtic del Departament de Física de la Matèria Condensada, revela quines forces 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.

D'esquerra a dreta, els investigadors Jaume Casademunt, Carlos Pérez i Xavier Trepat. Foto: IBEC
D'esquerra a dreta, els investigadors Jaume Casademunt, Carlos Pérez i Xavier Trepat. Foto: IBEC
Recerca
25/09/2018

Un tumor maligne es caracteritza per la capacitat de disseminar-se pel seu entorn. Per fer-ho, les cèl·lules del tumor s'han dʼadherir al teixit que les envolta (principalment col·lagen) i exercir-hi forces per propulsar-se. En un estudi publicat a la revista Nature Physics, un equip liderat per Xavier Trepat, investigador ICREA a lʼInstitut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) i professor del Departament de Biomedicina, i Jaume Casademunt, catedràtic del Departament de Física de la Matèria Condensada, revela quines forces 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.

Els investigadors van situar cèl·lules de tumors de mama sobre una superfície rica en col·lagen i van observar com sʼexpandien. Gràcies a la tecnologia desenvolupada pel grup de Trepat, els experts van poder mesurar les forces físiques exercides per les cèl·lules durant aquest procés, una fita que no sʼhavia aconseguit fins ara. Amb aquest mètode, van descobrir que lʼexpansió del tumor depèn dʼuna competició entre forces: les cèl·lules sʼagafen entre elles, mantenint-se unides, i, alhora, sʼagafen al seu entorn per escapar-se. En funció de quina força predomini, el tumor mantindrà la seva forma esfèrica o sʼescamparà completament sobre la superfície. «És un procés molt semblant al que passa quan posem una gota dʼaigua sobre una superfície. En algunes superfícies, com en el cas dʼuna rajola, la gota sʼescamparà completament, mentre que en altres superfícies es mantindrà esfèrica, com passa sobre la tela impermeable dʼun paraigua», explica Carlos Pérez, investigador de lʼIBEC, becari de la Caixa i primer autor de lʼarticle.  

Malgrat les similituds trobades entre els tumors i els líquids quotidians, la física en tots dos casos 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 de la UB, becari de la Caixa i coautor de lʼarticle. 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 lʼexpansió 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 dʼaltres laboratoris indiquen que les cèl·lules vives no encaixen en aquest esquema i es comporten com una altra forma de la matèria, que anomenem matèria activa», explica Jaume Casademunt també investigador Institut de Sistemes Complexos (UBICS). 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 mateix entorn és també modificat, de manera que augmenta la quantitat de col·lagen i la seva rigidesa. «Els nostres experiments revelen que aquests canvis són suficients per desajustar el balanç de forces dʼun tumor, la qual cosa provoca que les cèl·lules comencin a escampar-se pel seu entorn», assenyala Xavier Trepat.

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

Lʼestudi ha estat finançat pel Ministeri d'Economia i Competitivitat (MINECO), la Generalitat de Catalunya, el Consell de Recerca Europeu (ERC), la Comissió Europea (projecte MECHANO-CONTROL d'Horitzó 2020), el Centre d'Investigació Biomèdica en Xarxa de Bioenginyeria, Biomaterials i Nanomedicina (CIBER-BBN) i lʼObra Social la Caixa.


Article de referència:
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, 2018.