Los ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y de otros centros de investigación han seguido la evolución de las células individuales dentro de un tumor inicialmente benigno, para comprobar qué propiedades físicas de esas células hacen que el tumor se vuelva invasivo o metastásico. Y han descubierto que los tumores con células más grandes y blandas en sus bordes tienen más riesgo de extenderse.

El equipo realizó experimentos con un tumor de cáncer de mama humano que se desarrolló en el laboratorio. A medida que el tumor creció y acumuló más células durante un período de aproximadamente dos semanas, los investigadores observaron que las células en el interior del tumor eran pequeñas y rígidas, mientras que las células en la periferia estaban blandas y más hinchadas.

Estas células periféricas más blandas eran más propensas a estirarse más allá del cuerpo del tumor, formando “puntas invasivas” que eventualmente se separaron para extenderse a otros lugares, explican en la revista ‘Nature Physics’.

Los investigadores encontraron que las células de los bordes del tumor eran más blandas porque contenían más agua que las del centro. Las células en el centro de un tumor están rodeadas por otras células que presionan hacia adentro, exprimiendo el agua hacia esas células de la periferia, a través de canales de tamaño nanométrico entre ellas llamadas uniones huecas.

“Se puede pensar en el tumor como una esponja –explica Ming Guo, profesor asistente de ingeniería mecánica del MIT–. Cuando crecen, acumulan tensiones de compresión dentro del tumor, y eso exprimirá el agua desde el núcleo hacia las células en el exterior, que lentamente se hincharán con el tiempo y se volverán más blandas, por lo tanto, son más capaces de invadir”.

Cuando el equipo trató el tumor para extraer agua de las células periféricas, las células se volvieron más rígidas y menos propensas a formar esas puntas invasivas. Por el contrario, cuando inundaron el tumor con una solución diluida, las mismas células periféricas se hincharon y formaron rápidamente puntas largas y ramificadas que invadieron el entorno circundante.

Los resultados apuntan a una nueva ruta para la terapia contra el cáncer, centrada en cambiar las propiedades físicas de las células cancerosas para retrasar o incluso prevenir la propagación de un tumor.

Experimentos anteriores han demostrado esta naturaleza suave y migratoria en células cancerosas individuales, pero el equipo de Guo es el primero en explorar el papel de la rigidez celular en un tumor en desarrollo completo.

“Las personas han examinado las células individuales durante mucho tiempo, pero los organismos son sistemas multicelulares y tridimensionales –explica Guo–. Cada célula es un componente físico y estamos interesados en cómo cada célula individual regula sus propias propiedades físicas, a medida que las células se convierten en un tejido como un tumor o un órgano”.

Los investigadores utilizaron técnicas desarrolladas recientemente para cultivar células epiteliales humanas sanas en 3D y transformarlas en un tumor de cáncer de mama humano en el laboratorio.

Durante la semana siguiente, los investigadores observaron cómo las células se multiplicaban y se unían en un tumor primario benigno que comprendía varios cientos de células individuales. Varias veces durante la semana, los investigadores infundieron el creciente número de células con partículas de plástico.

Luego probaron la rigidez de cada célula individual con pinzas ópticas, una técnica en la que los investigadores dirigen un rayo láser altamente enfocado a una célula. En este caso, el equipo usó un láser en una partícula de plástico dentro de cada célula, inmovilizando la partícula en su lugar, luego aplicando un ligero pulso en un intento de mover la partícula dentro de la célula.

Guo dice que el grado en que los investigadores pueden mover una partícula les da una idea de la rigidez de la célula circundante: cuanto más resistente sea la partícula a ser movida, más rígida debe ser una célula.

De esta manera, los investigadores encontraron que los cientos de células dentro de un solo tumor benigno exhiben un gradiente de rigidez y tamaño. Las celdas interiores eran más pequeñas y rígidas, y cuanto más alejadas estaban las células del núcleo, más suaves y grandes se volvían. También es más probable que se extiendan desde el tumor primario esférico y formen ramas o puntas invasivas.

Para ver si la alteración del contenido de agua de las células afecta su comportamiento invasivo, el equipo agregó polímeros de bajo peso molecular a la solución tumoral para extraer agua de las células y descubrió que las células se encogieron, se volvieron más rígidas y tenían menos probabilidades de migrar lejos del tumor, una medida que retrasó la metástasis.

Cuando agregaron agua para diluir la solución tumoral, las células, particularmente en los bordes, se hincharon, se volvieron más suaves y formaron puntas invasivas más rápidamente.

Como última prueba, los investigadores obtuvieron una muestra del tumor de cáncer de mama de una paciente y midieron el tamaño de cada célula dentro de la muestra del tumor. Observaron un gradiente similar al que encontraron en su tumor derivado del laboratorio: las células en el núcleo del tumor eran más pequeñas que las más cercanas a la periferia.

“Descubrimos que esto no solo sucede en un sistema modelo, es real
–destaca dice Guo–. Eso significa que podríamos desarrollar algún tratamiento basado en la imagen física, para determinar la rigidez o el tamaño de las células y ver si eso ayuda. Si las células se vuelven más rígidas, es menos probable que migren, y eso podría retrasar la invasión”.

Quizás algún día, dice, los médicos pueden observar un tumor y, de acuerdo con el tamaño y la rigidez de las células, de adentro hacia afuera, pueden decir con cierta confianza si un tumor hará metástasis o no. “Si hay un tamaño establecido o un gradiente de rigidez, puede saber que esto causará problemas -explica Guo–. Si no hay gradiente, quizás puedas decir con seguridad que está bien”.