La expansión de las células tumorales desafía la física actual
Un tumor maligno se caracteriza por la capacidad de diseminarse por su entorno. Para ello, las células del tumor deben adherirse al tejido que las rodea (principalmente, colágeno) y ejercer fuerzas para propulsarse. En un estudio publicado en la revista Nature Physics, un equipo liderado por Xavier Trepat, investigador ICREA en el Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) y profesor del Departamento de Biomedicina de la UB, y Jaume Casademunt, catedrático de Física en la UB, revela las fuerzas que ejercen las células tumorales para propagarse. Sorprendentemente, la relación entre dichas fuerzas y el movimiento celular trasciende las leyes de la física tal como están formuladas actualmente.
Un tumor maligno se caracteriza por la capacidad de diseminarse por su entorno. Para ello, las células del tumor deben adherirse al tejido que las rodea (principalmente, colágeno) y ejercer fuerzas para propulsarse. En un estudio publicado en la revista Nature Physics, un equipo liderado por Xavier Trepat, investigador ICREA en el Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) y profesor del Departamento de Biomedicina de la UB, y Jaume Casademunt, catedrático de Física en la UB, revela las fuerzas que ejercen las células tumorales para propagarse. Sorprendentemente, la relación entre dichas fuerzas y el movimiento celular trasciende las leyes de la física tal como están formuladas actualmente.
Los investigadores situaron células de tumores de mama sobre una superficie rica en colágeno y observaron cómo se expandían. Gracias a la tecnología desarrollada por el grupo de Trepat, los expertos pudieron medir las fuerzas físicas ejercidas por las células durante este proceso, algo que no se había conseguido hasta ahora. Con este método, descubrieron que la expansión del tumor depende de una competición entre fuerzas: las células se agarran entre ellas, manteniéndose unidas y, a la vez, se agarran a su entorno para escaparse. En función de qué fuerza predomina, el tumor mantendrá su forma esférica o se esparcirá completamente sobre la superficie. «Es un proceso muy parecido al que ocurre cuando ponemos una gota de agua sobre una superficie. En algunas superficies, la gota se extenderá completamente, como en el caso de una baldosa, mientras que en otras superficies la gota permanecerá esférica, como ocurre en la tela impermeable de un paraguas», explica Carlos Pérez, investigador en el IBEC, becario de La Caixa y primer autor del artículo.
A pesar de las similitudes encontradas entre los tumores y los líquidos cotidianos, la física de ambos cuerpos es muy distinta. «El mojado de superficies es un problema central de la física clásica que entendemos muy bien, pero los tumores parecen seguir leyes muy diferentes», afirma Ricard Alert, investigador en la UB, becario de La Caixa y coautor del artículo. A diferencia de los fluidos pasivos, las células pueden generar fuerzas y desplazarse por sí mismas. Eso convierte los tejidos biológicos en fluidos activos y, en particular, los tumores en gotas activas. Así pues, entender la expansión de los tumores sobre una superficie ha requerido desarrollar una nueva teoría física que los investigadores han llamado mojado activo.
«Cuando pensamos en estados de la materia, solemos pensar en sólidos, líquidos o gases. Nuestros resultados y los de otros laboratorios indican que las células vivas no encajan en este esquema y se comportan como otra forma de la materia, que llamamos materia activa», afirma Jaume Casademunt. Cuando aparece un tumor, las células acumulan mutaciones y sus propiedades mecánicas cambian. Generalmente, las células tumorales pierden uniones entre ellas y ganan uniones con su entorno. Durante el crecimiento tumoral, el propio entorno es también modificado, de manera que aumenta su cantidad de colágeno y su rigidez. «Nuestros experimentos revelan que estos cambios son suficientes para desajustar el balance de fuerzas de un tumor, lo que provoca que las células empiecen a esparcirse por su entorno», explica Xavier Trepat.
Este hallazgo pone de relieve la importancia de las fuerzas físicas en la metástasis, y abre puertas al desarrollo de terapias para alterar la mecánica de los tumores como posible tratamiento del cáncer.
El estudio ha sido financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO), la Generalitat de Cataluña, el Consejo Europeo de Investigación (ERC), la Comisión Europea (proyecto MECHANO-CONTROL de Horizonte 2020), el Centro de Investigación Biomédica en Red de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN) y la Obra Social La Caixa.
Referencia del artículo:
Carlos Pérez-González, Ricard Alert, Carles Blanch-Mercader, Manuel Gómez-González, Tomasz Kolodziej, Elsa Bazellieres, Jaume Casademunt, Xavier Trepat. «Active wetting of epithelial tissues», 2018. Nature Physics.