Under pressure

Cosa succede quando due scienze diverse come la fisica e la biologia si incontrano? Scopriamolo!

Gli Scienziatimatti di oggi hanno deciso di studiare le cellule tumorali che “scappano” dalla massa del tumore e si inoltrano in quella fitta rete di rami e foglie che è la matrice extracellulare. La matrice extracellulare è fatta per lo più da fibre di collagene di lunghezze e spessori diversi. Proprio come in una foresta, ci sono dei punti dove la vegetazione è più densa ed altri in cui le foglie ed i rami ci lasciano un po’ di spazio per respirare.

Se dovessimo camminare in una foresta fitta, cercheremmo il percorso che ci offre meno resistenze, quello con meno vegetazione. E se le cellule tumorali facessero la stessa cosa?

Gli Scienziatimatti hanno costruito delle foreste di collagene più o meno fitte e ci hanno messo dentro degli ammassi di cellule tumorali a forma di sfera. Hanno così scoperto che effettivamente le cellule tumorali scappavano lontano soltanto dove il collagene era meno compatto!

Vediamo delle sfere fatte di tante cellule tumorali (rosse) che sono state impiantate in una foresta di fibre di collagene (invisibili nelle immagini). Gli Scienziatimatti hanno filmato gli sferoidi di tumori ed hanno visto che dove il collagene era poco denso, le cellule scappavano dalla sfera. I ricercatori hanno seguito le cellule che si spostavano ed hanno ottenuto le loro tracce (tracks, le immagini più a destra). Le linee bianche a sinistra sono lunghe 50 µm. Immagine riadattata da Raghuraman et al. 2022.

I fisici si sono detti che doveva essere in gioco una forza per spingere le cellule all’esterno delle sfere! In effetti, poche ore dopo essere state messe dentro il collagene, le sfere di cellule tumorali si ingrandivano. Possibile che aumentando il loro volume, le cellule generassero una pressione per auto-spingersi lontano dalla massa tumorale?

Per verificare questa intrigante ipotesi, gli Scienziatimatti hanno buttato delle palline deformabili dentro le sfere tumorali. Una eventuale forza di pressione avrebbe schiacciato le palline facendole diventare piatte anziché sferiche. Ed è esattamente ciò che è stato osservato!

Delle biglie deformabili (in verde) sono state messe dentro agli sferoidi tumorali impiantati in foreste di collagene. Dopo poche ore le biglie erano completamente deformate, segno inequivocabile che una forza fisica era in azione tra le cellule cancerose! Misurando la deformazione delle biglie, gli Scienziatimatti hanno potuto calcolare con precisione l’entità di questa forza (grafico in basso).
La linea bianca sull’immagine è lunga 100 µm. Immagine riadattata da Raghuraman et al. 2022.

Perciò le cellule organizzate in ammassi sono in grado di generare una forza per auto-spingersi lontano ed invadere i tessuti circostanti!

Forse la ragione per cui ciò non accadeva nelle foreste più fitte era semplicemente che il collagene era troppo resistente per essere deformato dalla pressione delle cellule. I ricercatori hanno allora fatto dei fori piccolissimi vicino alle sfere tumorali inserite dentro ai collageni più densi. In questo modo, le cellule tumorali risultavano circondate da una parete sottile di collagene estremamente compatto. Come per magia, la pressione generata dalle cellule riusciva a sfondare il sottile strato di collagene e a far così invadere le cellule!

I ricercatori hanno preso degli sferoidi (rossi) e stavolta li hanno piantati in foreste fittissime di collagene (verde). Hanno poi fatto dei fori vicino agli sferoidi ed hanno visto che la pressione generata dalle cellule bastava per sfondare il collagene rimasto e spingere così l’invasione tumorale (Da Raghuraman et al. 2022).

La domanda a questo punto è perché le cellule decidano di aumentare il loro volume poco dopo essere entrate in contatto col collagene.

I ricercatori hanno visto che ciò accade sia a cellule singole che a cellule organizzate in ammassi, quindi non si tratta di comunicazione tra cellule tumorali. Infatti, bloccando i contatti diretti tra le cellule all’interno delle sfere, il volume delle cellule tumorali aumenta lo stesso.

Sembra proprio che “sentire” il collagene sia sufficiente per provocare l’aumento di volume. Le cellule toccano il collagene con delle antenne disposte sulla loro superficie esterna, le integrine. Bloccando le integrine, il volume delle cellule non aumentava più e le cellule tumorali non riuscivano più ad allontanarsi dalla massa centrale.

I ricercatori hanno provato ad usare un farmaco per bloccare la comunicazione tra cellule vicine (anticorpo anti E-Caderina), ma la percentuale di ammassi tumorali in cui le cellule scappavano restava uguale.
Bloccando invece l’integrina β1, la principale antenna del collagene, tutte le sfere tumorali restavano rotonde e le cellule cancerose smettevano di invadere l’area circostante!
Immagine riadattata da Raghuraman et al. 2022.

Le integrine fanno un sacco di cose e resta da capire come controllino il volume delle cellule. In ogni caso, questa scoperta ci porta di un passo più vicini a capire il segreto delle metastasi!