La membrana alrededor de los tumores puede ser clave para prevenir la metástasis
Investigadores del MIT han descubierto que una membrana biológica común tiene cualidades elásticas similares a las de un globo, pero también diferentes en formas que pueden ayudar a prevenir la metástasis de las células cancerosas. Crédito: Imagen: Jose-Luis Olivares, MIT, con imágenes de células cortesía de los investigadores
Para que las células cancerosas hagan metástasis, primero deben liberarse de las propias defensas del tumor. La mayoría de los tumores están envueltos en una membrana protectora «sótano», una película delgada y flexible que mantiene las células cancerosas en su lugar a medida que crecen y se dividen. Antes de propagarse a otras partes del cuerpo, las células deben romper la membrana basal, un material que en sí mismo ha sido difícil de caracterizar para los científicos.
Ahora, los ingenieros del MIT han investigado la membrana basal de los tumores de cáncer de mama y han descubierto que el revestimiento aparentemente delicado es tan duro como una envoltura de plástico, pero sorprendentemente elástico como un globo de fiesta, capaz de inflarse hasta el doble de su tamaño original.
Pero mientras que un globo se vuelve mucho más fácil de inflar después de un esfuerzo inicial, el equipo descubrió que una membrana basal se vuelve más rígida a medida que se expande.
Esta cualidad rígida pero elástica puede ayudar a las membranas basales a controlar cómo se forman los tumores. crecer. El hecho de que las membranas parezcan endurecerse a medida que se expanden sugiere que pueden restringir el crecimiento de un tumor y su potencial de diseminación o metástasis, al menos hasta cierto punto.
Los hallazgos, publicados esta semana en Proceedings de la Academia Nacional de Ciencias, puede abrir una nueva ruta hacia la prevención de la metástasis tumoral, que es la causa más común de muertes relacionadas con el cáncer.
«Ahora podemos pensar en formas de agregar nuevos materiales o medicamentos a mejorar aún más este efecto de rigidez y aumentar la dureza de la membrana para evitar que las células cancerosas se abran paso», dice Ming Guo, autor principal del estudio y profesor asociado de ingeniería mecánica en el MIT.
El colega de Guo -los autores incluyen al primer autor Hui Li de la Universidad Normal de Beijing, Yue Zheng y Shengqiang Cai de la Universidad de California en Santa Diego, y el posdoctorado del MIT Yu Long Han.
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The La membrana basal envuelve no solo los crecimientos cancerosos sino también los tejidos y órganos sanos. La película, una fracción del grosor de un cabello humano, sirve como soporte físico que mantiene los tejidos y los órganos en su lugar y ayuda a dar forma a su geometría, al mismo tiempo que los mantiene separados y distintos.
El grupo de Guo se especializa en el estudio de mecánica celular, con un enfoque en el comportamiento de las células cancerosas y los procesos que llevan a los tumores a hacer metástasis. Los investigadores habían estado investigando cómo estas células interactúan con su entorno a medida que migran a través del cuerpo.
«Una pregunta crítica que nos dimos cuenta de que no ha recibido suficiente atención es, ¿qué pasa con la membrana que rodea los tumores?» Guo dice. «Para salir, las células tienen que romper esta capa. ¿Qué es esta capa en términos de propiedades materiales? ¿Es algo que las células tienen que esforzarse mucho para romper? Eso es lo que nos motivó a investigar la membrana basal».
Para medir las propiedades de la membrana, los científicos han empleado microscopía de fuerza atómica (AFM), utilizando una pequeña sonda mecánica para empujar suavemente la superficie de la membrana. La fuerza requerida para deformar la superficie puede dar a los investigadores una idea de la resistencia o elasticidad de un material. Pero, como la membrana basal es extremadamente delgada y difícil de separar del tejido subyacente, Guo dice que es difícil saber a partir de las mediciones de AFM cuál es la resistencia de la membrana, aparte del tejido que se encuentra debajo.
En cambio, el El equipo usó una técnica simple, similar a inflar un globo, para aislar la membrana y medir su elasticidad. Primero cultivaron células de cáncer de mama humano, que secretan proteínas de forma natural para formar una membrana alrededor de grupos de células conocidas como esferoides tumorales. Hicieron crecer varios esferoides de varios tamaños e insertaron una microaguja de vidrio en cada tumor. Inyectaron fluido a los tumores a una presión controlada, lo que provocó que las membranas se desprendieran de las células y se inflaran como un globo.
Los investigadores aplicaron varias presiones constantes para inflar las membranas hasta que alcanzaron un estado estable, o no podía expandirse más, luego apagó la presión.
«Es un experimento muy simple que puede decirle algunas cosas», dice Guo. «Una es que, cuando inyectas presión para hinchar este globo, se vuelve mucho más grande que su tamaño original. Y tan pronto como liberas la presión, se encoge gradualmente, lo cual es un comportamiento clásico de un material elástico, similar a una goma. globo».
Chasquido elástico
Mientras inflaban cada esferoide, los investigadores observaron que, mientras que la capacidad de la membrana basal para inflarse y desinflarse mostraba que generalmente era elástica como un globo, el los detalles más específicos de este comportamiento fueron sorprendentemente diferentes.
Inflar un globo de látex normalmente requiere una buena cantidad de esfuerzo y presión para arrancar. Una vez que se pone en marcha y comienza a inflarse un poco, el globo de repente se vuelve mucho más fácil de inflar.
«Normalmente, una vez que el radio de un globo aumenta en aproximadamente un 38 por ciento, no es necesario inflarlo Si es más difícil, solo mantén la presión y el globo se expandirá dramáticamente», dice Guo.
Este fenómeno, conocido como inestabilidad instantánea, se observa en globos hechos de materiales que son linealmente elásticos, lo que significa su elasticidad inherente, o rigidez, no cambia a medida que se deforman o inflan.
Pero según sus mediciones, los investigadores descubrieron que la membrana basal se volvió más rígida o más resistente a medida que se inflaba, lo que indica que el material es elástico no lineal, y capaz de cambiar su rigidez a medida que se deforma.
«Si ocurriera una inestabilidad repentina, un tumor se convertiría en un desastre: simplemente explotaría», dice Guo. «En este caso, no es así. Eso me indica que la membrana basal proporciona un control sobre el crecimiento».
El equipo planea medir las propiedades de la membrana en diferentes etapas del desarrollo del cáncer, así como su comportamiento alrededor de tejidos y órganos sanos. También están explorando formas de modificar la elasticidad de la membrana para ver si hacerla más rígida evitará que las células cancerosas se abran paso.
«Estamos haciendo un seguimiento activo de cómo modificar la mecánica de estas membranas y aplicar perturbaciones en modelos de cáncer de mama, para ver si podemos retrasar su invasión o metástasis», dice Guo. «Esta es una analogía con la fabricación de un globo más rígido, que planeamos probar».
Explore más
Un nuevo descubrimiento puede permitir una predicción precisa de la propagación del cáncer antes de que se desarrolle Más información: Hui Li el al., «La elasticidad no lineal de la membrana basal biológica revelada por la rápida inflación y deflación , PNAS (2021). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.2022422118 Información de la revista: Actas de la Academia Nacional de Ciencias
Proporcionado por el Instituto Tecnológico de Massachusetts Cita : La membrana alrededor de los tumores puede ser clave para prevenir la metástasis (8 de marzo de 2021) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-03-membrane-tumors-key-metastasis.html Este documento está sujeto a derechos de autor . Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.