تتأثر كيفية تحرك الخلايا السرطانية وانتشارها بالسوائل المحيطة بها – يمكن أن يساعد فهم كيفية انتقال الأورام في وقف انتشارها

تعد هجرة الخلايا ، أو كيفية تحرك الخلايا في الجسم ، أمرًا ضروريًا لكل من وظائف الجسم الطبيعية وتطور المرض. حركة الخلايا هي التي تسمح لأجزاء الجسم بالنمو في المكان المناسب أثناء التطور المبكر ، وتلتئم الجروح والأورام لتصبح النقائل.

على مدى القرن الماضي ، كانت الطريقة التي فهم بها الباحثون هجرة الخلايا تقتصر على تأثيرات الإشارات البيوكيميائية ، أو الانجذاب الكيميائي ، التي توجه الخلية للانتقال من مكان إلى آخر. على سبيل المثال ، يهاجر نوع من الخلايا المناعية يسمى العدلة نحو مناطق في الجسم تحتوي على تركيز أعلى من بروتين يسمى IL-8 ، والذي يزداد أثناء الإصابة.

ومع ذلك ، في العقدين أو الثلاثة عقود الماضية ، بدأ العلماء في إدراك أهمية العوامل الميكانيكية أو الفيزيائية التي تلعب دورًا في هجرة الخلايا. على سبيل المثال ، تهاجر الخلايا الظهارية للثدي البشري – الخلايا التي تبطن قنوات الحليب في الثدي – نحو مناطق ذات صلابة متزايدة عند وضعها على سطح به درجة صلابة متدرجة.

والآن ، بدلاً من التركيز فقط على تأثير البيئة “الصلبة” للخلايا ، يتجه الباحثون نحو بيئتهم “السائلة”. بصفتي منظّرًا مدربًا في الرياضيات التطبيقية ، أستخدم النماذج الرياضية لفهم الفيزياء الكامنة وراء بيولوجيا الخلية. كنت أنا وزملائي شون إكس صن وكونستانتينوس كونستانتوبولوس من بين العلماء الرواد الذين اكتشفوا كيف يؤثر الماء والضغط الهيدروليكي على هجرة الخلايا من خلال النماذج النظرية والتجارب المعملية. في بحثنا المنشور مؤخرًا ، وجدنا أن هجرة خلايا سرطان الثدي البشرية تتعزز من خلال تدفق ولزوجة السوائل المحيطة بها ، مما يوضح أحد العوامل التي تؤثر على كيفية انتشار الأورام.

كيف تؤثر السوائل على هجرة الخلايا

تتعرض خلايا جسم الإنسان باستمرار لسوائل ذات خصائص فيزيائية مختلفة. الماء هو أحد هذه السوائل التي يمكن أن توجه هجرة الخلايا. على سبيل المثال ، وجدنا أن كيفية تدفق الماء عبر أغشية خلايا سرطان الثدي تؤثر على كيفية تحركها وانتشارها. وذلك لأن كمية الماء التي تنتقل داخل الخلية وخارجها تتسبب في تقلصها أو انتفاخها ، مما يؤدي إلى الحركة عن طريق نقل أجزاء مختلفة من الخلية.

تختلف لزوجة أو سمك سوائل الجسم من عضو إلى آخر ، ومن صحة إلى مرض ، ويمكن أن يؤثر ذلك أيضًا على هجرة الخلايا. على سبيل المثال ، يكون السائل الموجود بين الخلايا السرطانية في الأورام أكثر لزوجة من السائل الموجود بين الخلايا الطبيعية في الأنسجة السليمة. عندما قارنا مدى سرعة تحرك خلايا سرطان الثدي في القنوات المحصورة المليئة بسائل اللزوجة الطبيعية مقابل السوائل ذات اللزوجة العالية ، وجدنا أن الخلايا في قنوات اللزوجة العالية تتسارع بشكل غير متوقع بنسبة 40٪. كان هذا الاكتشاف غير متوقع لأن القوانين الأساسية للفيزياء تخبرنا أن الجسيمات الخاملة يجب أن تبطئ في السوائل عالية اللزوجة بسبب زيادة المقاومة.

أردنا معرفة الآلية الكامنة وراء هذه النتيجة المفاجئة. لذلك حددنا الجزيئات التي شاركت في هذه العملية ، واكتشفنا سلسلة من الأحداث التي تسمح لبيئات اللزوجة العالية بتعزيز حركية الخلية.

وجدنا أن السوائل عالية اللزوجة تعزز أولاً نمو خيوط بروتينية تسمى الأكتين ، والتي تفتح قنوات في غشاء الخلية وتزيد من تناول الماء. تتمدد الخلية من الماء وتنشط قناة أخرى تستوعب أيونات الكالسيوم. تنشط أيونات الكالسيوم نوعًا آخر من خيوط البروتين تسمى الميوسين التي تحفز الخلية على الحركة. تحفز سلسلة الأحداث هذه الخلايا على تغيير بنيتها وتوليد المزيد من القوة للتغلب على المقاومة التي يفرضها سائل اللزوجة العالية ، مما يعني أن الخلايا ليست خاملة على الإطلاق.

اكتشفنا أيضًا أن الخلايا احتفظت “بالذاكرة” بعد التعرض لوسط اللزوجة العالية. وهذا يعني أننا إذا وضعنا الخلايا في وسط لزوجة عالية لعدة أيام ثم أعدناها إلى وسط لزوجة عادي ، فستظل تتحرك بسرعة أكبر. كيف تحتفظ الخلايا بهذه الذاكرة لا يزال سؤالا مفتوحا.

ثم تساءلنا عما إذا كانت النتائج التي توصلنا إليها بشأن الذاكرة اللزجة ستظل صحيحة في الحيوانات ، وليس فقط في أطباق بتري. لذلك قمنا بتعريض خلايا سرطان الثدي البشرية لوسط لزوجة عالية لمدة ستة أيام ، ثم وضعناها في وسط لزوجة طبيعية. ثم قمنا بحقن الخلايا في أجنة الدجاج والفئران.

كانت نتائجنا متسقة: تتمتع الخلايا التي تعرضت مسبقًا لوسط اللزوجة العالية بقدرة متزايدة على التسرب إلى الأنسجة المحيطة والانتشار مقارنة بالخلايا التي لم تتعرض مسبقًا. توضح هذه النتيجة أن لزوجة السوائل في البيئة المحيطة للخلية هي إشارة ميكانيكية بيولوجية تشجع الخلايا السرطانية على الانتشار.

الآثار المترتبة على علاج السرطان

عادة لا يموت مرضى السرطان من المصدر الأصلي للورم ، ولكن من انتشاره إلى أجزاء أخرى من الجسم.

عندما تنتقل الخلايا السرطانية عبر الجسم ، فإنها تنتقل إلى مساحات تحتوي على لزوجة سائلة متفاوتة. إن فهم كيفية تأثير لزوجة السوائل على حركة الخلايا السرطانية يمكن أن يساعد الباحثين على اكتشاف طرق أفضل لعلاج واكتشاف السرطان قبل أن ينتقل.

تتمثل الخطوة التالية في بناء تقنيات التصوير والتحليل لفحص كيفية استجابة الخلايا من أنواع مختلفة من حيوانات المختبر للتغيرات في لزوجة السوائل. يمكن أن يساعد تحديد الجزيئات التي تنظم كيفية استجابة الخلايا للتغيرات في اللزوجة الباحثين على تحديد أهداف الأدوية المحتملة للحد من انتشار السرطان.