Согласно новым открытиям математиков из Бирмингемского университета, раковые клетки могут полагаться на оппортунизм, а также на химические сигналы для распространения по телу.
Рак распространяется, посылая клетки из первичной опухоли, чтобы путешествовать по сосудистой или лимфатической системе, чтобы колонизировать другие органы в процессе, называемом метастазированием. Во время этого процесса раковые клетки должны пересечь слои эндотелиальных клеток – клеток, выстилающих кровеносные или лимфатические сосуды.
Считалось, что раковые клетки химически сигнализируют эндотелиальным клеткам, заставляя их открывать бреши, через которые может мигрировать рак, но группа исследователей из Бирмингема предположила, что альтернативный или дополнительный процесс также может работать.
Работая с партнерами из Массачусетского технологического института, Университета Сарагосы и других, команда построила подробную математическую модель поведения эндотелиальных клеток, чтобы показать, как и где появляются отверстия в эндотелиальном слое и как долго они остаются открытыми.
Их результаты, опубликованные в PLOS Computational Biology, показали, как физические силы в структуре клеток постоянно толкают и тянут клетки в разных направлениях, иногда вызывая разрыв связей между ними, оставляя временные промежутки.
Затем исследователи протестировали эту модель на клеточных культурах эндотелиальных монослоев с раковыми клетками и наблюдали, как раковые клетки смогли извлечь выгоду из этого движения эндотелия и мигрировать через промежутки.
"Разрывы в эндотелии открываются и закрываются спонтанно независимо от того, присутствуют ли раковые клетки или нет," объясняет ведущий исследователь, д-р. Фабиан Спилл, преподаватель прикладной математики Бирмингемского университета.
"Они вызваны взаимодействием между механикой и химией, оказывающим различные силы на клетки. Уже проделана большая работа по описанию химического состава эндотелия – наша работа дополняет это исследование, сосредоточивая внимание на механических силах, действующих в этих процессах."
Интересно, что исследователи также обнаружили, что отверстия чаще всего появляются на стыках трех или более ячеек, а не на границах двух ячеек. Раковые клетки, которые приземлились на границах между двумя клетками, смогли мигрировать к этим трехклеточным соединениям, где они просочились через. Это указывает на то, что раковые клетки способны не только передавать сигнал эндотелию, чтобы химически открывать новые пробелы, они также могут использовать оппортунистический выжидательный подход. Это позволяет им воспользоваться спонтанным образованием разрывов в эндотелии.
В этом исследовании команда сосредоточилась на сосудистой системе. В будущей работе будет изучаться лимфатическая система или различные типы эндотелиальных клеток, а также более подробно рассматриваются другие факторы, способствующие динамике эндотелиальных щелей, такие как кровоток и трехмерная структура кровеносных сосудов, все из которых будут влиять на способность раковых клеток к трансмиграции.