Una dintre cele mai mari şi insidioase ameninţări ale cancerului este metastaza, invazia tridimensională a celulelor canceroase, de la tumorile primare în zonele îndepărtate ale corpului. O parte dintre cercetători s-au orientat către cercetarea metastazei.
Provocarea de a învinge cancerul nu constă doar în faptul că zona în care poate apărea noua colonie este impredictibilă, ci şi în faptul că diferitele tipuri de cancer metastazează la viteze diferite şi cu diferite grade de creştere. În timp ce modalităţile standard de intervenţie terapeutică se concentrează pe distrugerea celulelor canceroase, o nouă generaţie de oameni de ştiinţă - fizicieni, oncologi, specialişti în farmacologie moleculară, experţi în studiul materialelor, biologi ciberneticieni şi ingineri, toţi lucrând în colaborare - urmăresc o ţintă diferită: ei privesc metastaza cancerului ca având un comportament inteligent, adaptiv, colaborativ din punct de vedere genetic, care poate fi descifrat şi ulterior reprogramat prin tehnici emergente de biologie sintetică.
Fig. 1. (A) După înlăturarea celulelor canceroase de pe “înălțimile“ Tepui, celulele canceroase ocupă iniţial doar partea de jos a cavităţilor din dispozitivul microfabricat.
(B) Cipul este incubat, şi este folosită confocalmicroscopia pentru a observa migrarea celulelor mobile PC-3 şi LNCaP de-a lungul laturilor de Tepui spre vârfuri.
Imagine: PNAS, doi: 10.1073/pnas.1102808108
Prof. Robert Austin, cercetător în cadrul Departamentului de Fizică de la Universitatea Princeton, conduce un astfel de grup. Într-o lucrare publicată anterior Cercetarea invazivităţii celulelor cancerului de prostată într-un mediu 3D microfabricat, Austin şi echipa au descris cum au construit un cip microfabricat cu o topologie tridimensională compus din zone joase- “şesuri” şi zone înalte, pătrate, izolate - “muntoase”, cele din urmă aflându-se la sute de microni deasupra zonelor joase. Munţii pe care Austin i-a numit Tepui după lucrarea SF a lui Sir Arthur Conan Doyle “O lume dispărută” - au permis echipei să evalueze cu succes potenţialul metastatic, deoarece celulele canceroase originare din zonele joase invadau zonele muntoase.
Comportamentul invaziv al celulelor canceroase este foarte evident în structurile tridimensionale, adaugă el, referindu-se la studiul realizat de John Wertz, cercetător la Departamentul de Ecologie şi Biologie evoluţionistă de la Universitatea Yale. "În timp ce multe cercetări au fost efectuate în medii bidimensionale, comportamentul celular într-un mediu tridimensional este extrem de diferit."
În unul din cazurile testate, echipa lui Austin a comparat comportamentul de căţărare pe Tepui a două eşantioane de celule de cancer de prostată: cel al celulelor canceroase PC-3 extrem de metastatice în măduva osoasă, cu cel al celulelor canceroase de tip LNCaP, de tip neinvaziv, specifice nodulilor limfatici. Ei au observat că celulele cancerului de prostată neinvaziv nu au populat niciodată toate platourile disponibile Tepui (ci doar aproximativ 85%) şi au făcut-o oricum mult mai lent faţă de celulele PC-3. Pe de altă parte, celulele mai metastatice, PC-3 au ocupat rapid toate zonele Tepui disponibile. Deoarece la eşantionul derivat din nodulul limfatic era cunoscută manifestarea unui grad ridicat de inhibiţie de contact - capacitatea celulelor de se opri din divizare, atunci când celulele învecinate se ating - Austin şi echipa au atribuit acestui factor comportamentul invaziv diferenţiat de Tepui.
"Atunci când o tumoră trece la metastază", observă Austin, celulele formează extensiuni ascuţite şi invadează alte zone într-un mod similar creşterii dendritice neuronale, deoarece celulele canceroase formează reţele asemănătoare celor dendritice neuronale”. Mai mult decât doar un simplu flux, continuă Austin, celulele canceroase demonstrează motilitate şi proliferare-mişcarea lor e dirijată şi are un scop, ceea ce demonstrează o anumită formă de inteligenţă. Austin descrie metaforic celulele cu înalt potenţial metastatic, ca pe nişte cercetaşi, iar pe cele cu inhibiţie de contact ca pe nişte fermieri sau colonişti care cooperează pentru a explora mai întâi şi apoi a coloniza, o locaţie nouă - un comportament care, susţine el, ar implica prezenţa unui anume "spirit de supravieţuire”.
Echipa va explora mai departe acest comportament de cooperare poziţională în experimentele viitoare, în care cele două tipuri de celule vor fi amestecate pentru a testa ipoteza în care “coloniştii” îi vor urma în deplasare pe “cercetaşii” dispuşi să îşi asume riscurile .
Unul dintre cele mai interesante aspecte ale cercetării lui Austin este perspectiva să cibernetică. El îl citează pe cercetătorul Paul Davies, directorul Centrului BEYOND pentru concepte ştiinţifice fundamentale de la ASU (Arizona State University) şi cercetător principal într-un program major de cercetare finanţat de Institutul Naţional al Cancerului, care a comentat că celulele canceroase par să exploateze un vechi "set de instrumente" pentru a rula programe codificate în genomul lor. Dacă aşa stau lucrurile - dată fiind şi asemănarea morfologică şi de comportament dintre extensiunile canceroase şi dendritele neuronale amintite mai sus - Austin este de părere că ar fi posibil să se identifice secvenţe genetice comune, sub forma unor programe genetice modulare, tip subrutină, care se manifestă în diverse tipuri de celule şi ţesuturi. "Dacă vom învăţa să controlăm această exprimare genetică, conchide Austin ," putem controla dezvoltarea cancerului şi metastazele".
(A) imaginea integrală a cipului format din 4 × 4 elemente O monedă americană de 10 cenţi arată dimensiunea la scară - dreapta.
(B) Imaginea SEM (Microscop Electronic cu Scanare) corespunzătoare unei singur element din (A) format din 100 de Tepui.
(C) Imaginea SEM a unui Tepui individual , cu dimensiunile de 100 × 100 × 320 de microni iar distanţa dintre ei e de 50 de microni . Image (c) PNAS, doi: 10.1073/pnas.1102808108
Alte planuri pentru investigaţiile viitoare implică adăugarea de colagen cip-ului 3D pentru a investiga “fluxul variabil al celulelor pe o suprafaţă de biomaterial. "Matricea de colagen va modifica fenotipul celulelor canceroase", prezice Austin, “şi o diferenţiere de fenotip mai puternică ar trebui să genereze un comportament metastatic mult mai agresiv". Vor fi investigate, de asemenea, şi alte tipuri de celule şi substanţe - inclusiv celulele de mielom multiplu într-o matrice 3D de măduvă osoasă - pentru a studia diferite medii de replicare.
Dată fiind viziunea lui Austin despre complexitatea incredibilă a acestei abordări bio-cibernetice, folosită în decodarea proceselor vii, precum şi înclinaţia sa ştiinţifico-fantastică reconfortantă, nu ni se pare deloc surprinzător faptul că este de acord cu profunda Lege a 3-a (1) a lui Arthur C. Clarke: "orice tehnologie suficient de avansată este imposibil de diferenţiat de magie".
Resurse:
• Robert H. Austin Research Group at Princeton Universityhttp://austingroup … inceton.edu/
• Probing the invasiveness of prostate cancer cells în a 3D microfabricated landscape, PNAS Published online before print, April 7, 2011, doi: 10.1073/pnas.1102808108
• (1) Arthur C. Clark, Profiles of the Future (revised edition, 1973)
Textul reprezintă traducerea articolului decoding-metastasis, cu acordul editorului.
Traducere: Mihaela Gindu
