Древние египтяне, как описано в папирусе Эберса, уже знали, что пальпация — ощупывание затвердевших уплотнений — может помочь диагностировать рак молочной железы. Пальпация по-прежнему является важным элементом раннего скрининга рака молочной железы. С другой стороны, измерения отдельных раковых клеток показывают, что они мягче, чем здоровые эпителиальные клетки, из которых они происходят, что, вероятно, делает их более способными к метастазированию в плотные ткани человека. Международный совместный проект, возглавляемый отделом физики мягких веществ Лейпцигского университета, разобрался в этом очевидном парадоксе и опубликовал свои выводы в журнале Nature Physics.

Чтобы расти в здоровой ткани, опухоль должна вытеснить окружающую ткань. Для этого он должен создавать механически стабильное сопротивление, чтобы получить пространство. С другой стороны, высокая степень деформируемости отдельных раковых клеток выгодна для вторжения в другие ткани. Эти противоречивые требования удовлетворяются в злокачественных опухолях, поскольку раковые клетки становятся механически более гетерогенными и мягкими, принимая ранее неизвестное новое материальное состояние, которое сочетает в себе преимущества твердых и жидких тел.

Физик доктор Томас Фус из отдела физики мягких тканей Лейпцигского университета, который был ведущим автором исследования, объясняет: «Образцы пациентов с опухолью молочной железы и шейки матки демонстрируют более широкий спектр механических свойств, что подталкивает раковые клетки к более мягким клеткам, даже хотя вся опухоль остается сплошной массой».

С помощью компьютерного моделирования исследователи обнаружили в скоплениях раковых клеток небольшие островки жестких неподвижных клеток, окруженных множеством подвижных мягких клеток. Мягкие клетки могут двигаться свободно, почти как жидкость, а жесткие клетки блокируют движение друг друга, забивая друг друга, как кофейные зерна в воронке. Скопления раковых клеток в опухоли образуют новое материальное состояние, в котором достаточно лишь нескольких твердых островков твердых клеток в жидкой среде мягких клеток, чтобы ткань вел себя как механически стабильное твердое тело, а не как жидкость, несмотря на то, что большинство подвижных, мягких раковых клеток. Островки твердых клеток соединены мостиками механических напряжений мягких клеток. Это состояние стабилизирует ткань в достаточной степени, чтобы обеспечить рост опухоли, в то же время предоставляя достаточно места для мягких,

«Парадокс, заключающийся в том, что в опухолях молочной железы клетки, которые становятся более мягкими, на самом деле образуют структуру, более твердую, чем исходная ткань, является лишь кажущимся противоречием. Этот эффект еще больше усиливается, потому что здесь в основном очень мягкие жировые клетки здоровой груди сравниваются с клетками. которые мягче, чем здоровые эпителиальные клетки, но все же значительно тверже, чем жировые клетки», — объясняет профессор Йозеф Альфонс Кяс из Лейпцигского университета.

При других карциномах, таких как карциномы шейки матки, нет разницы в макроскопической жесткости здоровой и опухолевой ткани. Тем не менее, даже в этих карциномах существует более широкое распределение эластичности отдельных раковых клеток, что приводит к новому механическому состоянию, которое позволяет механически стабильной опухоли содержать большое количество подвижных клеток, способных к метастазированию. Исследователи предполагают, что это, вероятно, верно для всех солидных опухолей и, следовательно, для 92% всех больных раком .

«Результаты нашего исследования дают существенное новое представление о биологии опухоли или, точнее, о метастатическом каскаде. Новое понимание механики раковых клеток и опухолевой ткани демонстрирует, что физика рака является важным элементом в понимании прогрессии опухоли», — объясняет Fuhs, который добавляет, что то, остаются ли клетки в опухоли полностью заблокированными, как в здоровой ткани, или способны расцепиться из-за размягчения раковых клеток, может иметь решающее значение для метастазирования опухоли.