Cercetarea dezvăluie de ce forțele fizice încetinesc dezvoltarea cancerului
O echipă de cercetători a elucidat o enigmă de lungă durată referitoare la modul în care forțele fizice încetinesc creșterea cancerului, iar descoperirea ar putea transforma tratamentele pentru această boală.
O echipă multidisciplinară de la Universitatea din Galway, CÚRAM, Centrul de Dispozitive Medicale Taighde Éireann-Research Ireland și KU Leuven din Belgia a dezvoltat un model computațional inovator, accelerat de inteligența artificială, pentru a testa această teorie.
Rezultatele cercetării sugerează că învățarea modului de a valorifica presiunea forțelor fizice asupra unei tumori ar putea deschide o nouă direcție pentru tratamentele cunoscute sub numele de mecanoterapii în lupta împotriva cancerului.
Studiul a fost publicat în Proceedings of the National Academy of Sciences.
Dr. Irish Senthilkumar a declarat: „Celulele canceroase sunt cunoscute pentru capacitatea de a evita multe dintre controalele normale de creștere ale organismului, dar tumorile reacționează totuși la presiunea mecanică. Până acum, nu am înțeles de ce se întâmplă acest lucru, așa că scopul nostru a fost să investigăm mecanica subiacentă la nivel celular.”
Dr. Eóin McEvoy a adăugat: „Pe măsură ce înțelegem mai bine cum compresia și compactarea celulară afectează lucruri precum penetrarea și eficacitatea medicamentelor, această cercetare are implicații importante pentru îmbunătățirea răspunsurilor la medicamente și pentru proiectarea unor noi regimuri de tratament prin mecanoterapie.”
Cercetarea a evidențiat cum, timp de zeci de ani, oamenii de știință au observat că celulele tumorale par să răspundă la un factor pe care substanțele chimice nu-l pot depăși cu ușurință: presiunea fizică. Aplicată suficientă presiune fizică asupra unei tumori, creșterea acesteia încetinește. Cu toate acestea, motivul nu a fost complet înțeles.
Cheia se află în modul în care celulele cresc inițial. Înainte ca o celulă să se poată divide, aceasta trebuie să crească. Acest proces implică fabricarea de molecule biologice complexe (proteine, lipide și alte elemente de bază), care atrag apă în celulă prin osmoză, umflând-o ca un mic balon. Odată ce celula atinge o dimensiune critică, poate să se împartă în două. În condiții normale, acest proces de umflare funcționează fără probleme. Însă, atunci când o tumoră este fizic constrânsă de țesutul din jur care o apasă, ceva perturbă acest proces. Sarcina mecanică externă creează o presiune hidrostatică mare, care se opune umflării osmotice din interior. Rezultatul? Celulele nu mai pot atinge dimensiunea necesară pentru a declanșa diviziunea. Creșterea se oprește. Cu alte cuvinte, arhitectura fizică a unei tumori nu este doar un fundal pasiv, ci un participant activ în boală.
Dr. McEvoy a adăugat: „Implicările se extind dincolo de simpla explicare a unui proces biologic interesant. Multe medicamente pentru cancer acționează prin țintirea diviziunii celulare. Dacă mediul mecanic al unei tumori deja suprimă creșterea, înțelegerea acelei interacțiuni ar putea revela de ce unele medicamente funcționează mai bine în anumite tipuri sau locații de tumori și de ce altele eșuează.”
Modelul computațional accelerat de inteligența artificială dezvoltat de echipa de cercetare efectuează calcule complexe, simulând modul în care mii de celule individuale cresc și se reorganizează sub stres mecanic sau în condiții de lipsă de spațiu pentru a se extinde. Fără modelul AI, simulările ar fi fost imposibil de realizat într-un timp rezonabil.
Cercetătorii au validat predicțiile modelului prin experimente de laborator folosind spheroizi de cancer mamar – mici grupuri de celule canceroase, în formă de bilă, cultivate în culturi 3D care imită îndeaproape comportamentul tumorilor din organism.
Rezultatele au demonstrat că predicțiile s-au potrivit cu rezultatele experimentale, oferind oamenilor de știință încredere că au identificat mecanismul real care stă la baza încetinirii creșterii cancerului sub presiune.
