Penyebaran tumor dan jaringan tumbuh lainnya telah mengungkapkan jenis fisika yang sama sekali baru.
Dalam penelitian baru, yang diterbitkan 24 September dalam jurnal Nature Physics, para ilmuwan menemukan bahwa transisi sel hidup dari lembaran 2D ke gumpalan 3D melalui proses yang sebelumnya tidak dikenal yang disebut "pembasahan aktif." Dan fisika dari pembasahan aktif mungkin dapat menjelaskan mengapa dan bagaimana kanker menyebar.
"Jika kita dapat menemukan cara untuk secara selektif memodifikasi kekuatan-kekuatan ini dalam tumor nyata, yang merupakan tugas yang sangat sulit, kita dapat merancang perawatan untuk menghindari penyebaran kanker," rekan penulis studi Xavier Trepat, dari Institute for Bioengineering of Catalonia di Spanyol, dan Carlos Pérez-González, dari Universidad de La Laguna di Spanyol, memberi tahu Live Science melalui email.
Fisika aktif
Segala macam aplikasi medis untuk temuan ini masih jauh. Trepat dan Pérez-González mengatakan bahwa langkah mereka selanjutnya akan melibatkan menggali lebih jauh ke dalam fisika aneh pembasahan aktif, tentang yang sedikit yang belum diketahui.
Apa yang para peneliti temukan didasarkan pada percobaan yang dilakukan di laboratorium menggunakan sel kanker payudara manusia. Semuanya dimulai, kata Trepat dan Pérez-González, dengan penyelidikan protein yang disebut E-cadherin, yang menyediakan adhesi antar sel. Para peneliti ingin tahu bagaimana protein ini mengatur ketegangan di dalam jaringan, atau kelompok sel. Apa yang tidak mereka harapkan adalah bahwa ketegangan di dalam jaringan bisa menjadi begitu tinggi sehingga lembaran jaringan mereka akan secara spontan terlepas dari gel berlapis kolagen yang mereka gunakan sebagai substrat dan menarik kembali ke bentuk spheroid.
"Pertama kali kami mengamati fenomena ini, kami tidak yakin tentang bagaimana atau mengapa itu terjadi," kata para peneliti kepada Live Science.
Para peneliti membandingkan pembasahan aktif dengan perilaku yang disebut cairan pasif, di mana tidak ada struktur hidup untuk mengubah aliran cairan. Biasanya, dalam cairan pasif, seperangkat persamaan fisika yang dikenal sebagai persamaan Navier-Stokes menentukan dinamika fluida. Dalam cairan pasif, transisi dari lembar 2D ke spheroid 3D disebut dewetting. Yang sebaliknya, spheroid 3D yang menyebar ke dua dimensi, disebut pembasahan. Apakah pembasahan atau dewetting terjadi diatur oleh tegangan permukaan antarmuka, cairan dan gas yang terlibat.)
Tetapi ketika para peneliti bermain dengan sel-sel kanker dalam percobaan mereka - berbagai parameter seperti ukuran jaringan dan kadar E-cadherin - mereka menemukan bahwa sel-sel tidak berperilaku seperti cairan biasa lakukan dalam pembasahan dan pengeringan pasif. Ini karena sejumlah proses aktif, mulai dari kontraktilitas jaringan hingga adhesi sel-substrat, menentukan apakah sel-sel tersebut mengeras atau menyebar, para peneliti menemukan.
Transisi antara fase pembasahan-menyebar dan fase pembasahan bal-tergantung pada persaingan antara kekuatan sel-sel dan kekuatan yang melekatkan sel ke substrat, kata para peneliti.
Transisi kanker
Jaringan tumbuh dan bergerak dalam banyak cara, termasuk selama perkembangan normal. Tetapi transisi pembasahan aktif adalah penting, karena itu adalah momen kunci sel-sel berubah dari bola yang terkandung menjadi menyebar, lembaran datar Trepat dan Pérez-González berkata. Dengan kata lain, sekali bola bundar tumor menyebar dan melekat pada permukaan, tumor tersebut dapat menyebar lebih jauh.
"Hasil kami membuat kerangka komprehensif untuk memahami kekuatan mana yang penting untuk invasi kanker," kata para peneliti. Bagian dari fase kerja berikutnya adalah memindahkan studi dari piring laboratorium dan ke jaringan hidup dan tumor nyata, tambah para peneliti.
Sistem biologi mungkin sulit untuk masuk ke dalam kerangka fisika klasik, tulis Richard Morris dan Alpha Yap dalam komentar yang menyertai makalah baru. Morris adalah seorang peneliti postdoctoral di Institut Tata untuk Penelitian Fundamental di India, dan Yap adalah seorang ahli biologi sel di University of Queensland di Australia. Tetapi artikel baru itu adalah "langkah berharga ke arah yang benar" untuk membuat fisika relevan dengan masalah biologi, tulis Morris dan Yap.
"Dalam hal ini," tulis mereka, "kita belajar itu, sedangkan ide-ide dari fisika klasik dapat bermanfaat dalam karakterisasi sistem biologis, analoginya tidak boleh didorong terlalu jauh, dan diperlukan pendekatan baru."
