腫瘍やその他の成長する組織の広がりにより、まったく新しいタイプの物理学が明らかになりました。
Nature Physics誌で9月24日に発行された新しい研究で、科学者たちは、「アクティブウェッティング」と呼ばれる以前には知られていなかったプロセスによって、生細胞が2Dシートから3Dブロブに移行することを発見しました。また、アクティブウェッティングの物理学は、なぜ、どのように癌が広がるのかを説明できるかもしれません。
「実際の腫瘍でこれらの力を選択的に修正する方法を見つけることができれば、これは非常に困難な作業です。がんの播種を回避する治療法を設計できます」スペイン、およびスペインのLa Laguna大学のCarlosPérez-GonzálezがLive Scienceにメールで伝えた。
アクティブな物理学
調査結果のためのあらゆる種類の医療アプリケーションは遠く離れています。 TrepatとPérez-Gonzálezは、彼らの次のステップは、まだほとんど知られていないアクティブな濡れの奇妙な物理学をさらに掘り下げることを含むと述べました。
研究者が発見したものは、ヒト乳癌細胞を使用して実験皿で行われた実験に基づいています。 TrepatとPérez-Gonzálezは、細胞間の接着を提供するE-cadherinと呼ばれるタンパク質の調査を行い、すべてが始まったと語った。研究者たちは、このタンパク質がどのように組織や細胞群内の緊張を調節するのか知りたがっていました。彼らが予期していなかったことは、組織内の張力が非常に高くなり、組織のシートが、基質として使用していたコラーゲン被覆ゲルから自然に分離し、回転楕円体の形状に戻ることでした。
「この現象を初めて観察したとき、それがどのように、なぜ起こったのかはわかりませんでした」と研究者たちはLive Scienceに語った。
研究者らは、アクティブウェッティングを、流体の流れを変える生きた構造物がない、いわゆるパッシブ流体の挙動と対比しました。通常、パッシブ流体では、ナビエストークス方程式と呼ばれる一連の物理方程式が流体力学を決定します。パッシブ流体では、2Dシートから3Dスフェロイドへの移行はディウェッティングと呼ばれます。反対に、2次元に広がる3D回転楕円体は、ぬれと呼ばれます。濡れているのか濡れていないのかは、界面の表面張力、液体、気体が関係します。）
しかし、研究者が実験で癌細胞を操作したとき-組織のサイズやE-カドヘリンレベルなどのさまざまなパラメーター-細胞は、受動的な湿潤および脱湿潤における通常の液体のように動作していないことがわかりました。これは、組織の収縮から細胞と基質の接着までの多くのアクティブなプロセスが、細胞が球状化するか、または広がるかを決定するためであると研究者らは発見した。
研究者は、拡散湿潤段階と脱湿潤段階との間の移行は、細胞間力と細胞を基質に付着させる力との間の競争に依存すると述べた。
がんの移行
組織は、通常の発生中を含め、さまざまな方法で成長および移動します。しかし、細胞が閉じ込められた球形から広がりのある平らなシートへと移行する重要な瞬間であるので、アクティブな湿潤遷移が重要です。トレパットとペレス=ゴンザレスは言った。言い換えれば、腫瘍の円形のボールが広がり、表面に付着すると、腫瘍はさらに広がることができます。
「我々の結果は、どのような力が癌の浸潤にとって重要であるかを理解するための包括的なフレームワークを設定した」と研究者らは述べた。研究の次の段階の一部は、研究を実験室の食器から生体組織および実際の腫瘍に移すことであろうと研究者らは付け加えた。
リチャードモリスとアルファヤップは、新しい論文に添付されたコメントで、生物学的システムを古典的な物理フレームワークに適合させるのは難しい場合があります。モリスはインドのタタ基礎研究研究所の博士研究員であり、ヤップはオーストラリアのクイーンズランド大学の細胞生物学者です。しかし、この新しい記事は、物理学を生物学の問題に関連させるための「正しい方向への価値ある一歩」であるとモリスとヤップは書いています。
「この場合」と彼らは書いた、「私たちはそれを学びます、それに対して古典的な物理学からのアイデアは生物システムの特性化に有益であることができます、アナロジーはあまり遠くに押し込まれてはならず、そして新しいアプローチが必要です。」
