Para que las células cancerosas hagan metástasis, primero deben liberarse de las propias defensas del tumor.

La mayoría de los tumores están envueltos en una membrana protectora "basal", una película fina y flexible que mantiene a las células cancerosas en su sitio mientras crecen y se dividen.

Antes de extenderse a otras partes del cuerpo, las células deben atravesar la membrana basal, un material que ha sido difícil de caracterizar para los científicos.

Ahora, los ingenieros del MIT han analizado la membrana basal de los tumores de cáncer de mama y han descubierto que el aparentemente delicado revestimiento es tan duro como un envoltorio de plástico, pero sorprendentemente elástico como un globo de fiesta, capaz de inflarse hasta el doble de su tamaño original.

Sin embargo, mientras que un globo es mucho más fácil de inflar tras un cierto esfuerzo inicial, el equipo descubrió que la membrana basal se vuelve más rígida a medida que se expande.

Esta cualidad de rigidez y elasticidad podría ayudar a las membranas basales a controlar el crecimiento de los tumores.

El hecho de que las membranas parezcan endurecerse a medida que se expanden sugiere que pueden frenar el crecimiento de un tumor y su potencial de propagación, o metástasis, al menos hasta cierto punto.

Los hallazgos, publicados esta semana en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, podrían abrir una nueva vía para prevenir la metástasis tumoral, que es la causa más común de las muertes relacionadas con el cáncer.

"Ahora podemos pensar en formas de añadir nuevos materiales o fármacos para potenciar aún más este efecto de rigidez y aumentar la dureza de la membrana para evitar que las células cancerosas la atraviesen", afirma Ming Guo, autor principal del estudio y profesor asociado de ingeniería mecánica en el MIT.

Entre los coautores de Guo se encuentran el primer autor, Hui Li, de la Universidad Normal de Pekín, Yue Zheng y Shengqiang Cai, de la Universidad de California en Santa Diego, y el postdoc del MIT, Yu Long Han.

La explosión de la membrana basal

La membrana basal no sólo envuelve los crecimientos cancerosos, sino también los tejidos y órganos sanos.

La película -una fracción del grosor de un cabello humano- sirve de soporte físico que mantiene los tejidos y órganos en su sitio y ayuda a modelar su geometría, al tiempo que los mantiene separados y diferenciados.

El grupo de Guo está especializado en el estudio de la mecánica celular, centrándose en el comportamiento de las células cancerosas y los procesos que impulsan la metástasis de los tumores. Los investigadores habían estudiado cómo estas células interactúan con su entorno cuando migran por el cuerpo.

"Una cuestión fundamental que nos dimos cuenta de que no había recibido suficiente atención es la de la membrana que rodea a los tumores". dice Guo. "Para salir, las células tienen que romper esta capa. ¿Qué es esta capa en términos de propiedades materiales? ¿Es algo que las células tienen que esforzarse mucho para romper? Eso es lo que nos motivó a investigar la membrana basal".

Para medir las propiedades de la membrana, los científicos han empleado la microscopía de fuerza atómica (AFM), utilizando una diminuta sonda mecánica para empujar suavemente la superficie de la membrana.

La fuerza necesaria para deformar la superficie puede dar a los investigadores una idea de la resistencia o elasticidad de un material.

Pero, como la membrana basal es extremadamente fina y difícil de separar del tejido subyacente, Guo afirma que es difícil saber a partir de las mediciones de AFM cuál es la resistencia de la membrana, aparte del tejido subyacente.

En su lugar, el equipo utilizó una técnica sencilla, similar a la de inflar un globo, para aislar la membrana y medir su elasticidad.

Primero cultivaron células humanas de cáncer de mama, que segregan naturalmente proteínas para formar una membrana alrededor de grupos de células conocidos como esferoides tumorales.

Cultivaron varios esferoides de distintos tamaños e insertaron una microaguja de vidrio en cada tumor.

Inyectaron los tumores con líquido a una presión controlada, lo que hizo que las membranas se desprendieran de las células y se inflaran como un globo.

Los investigadores aplicaron varias presiones constantes para inflar las membranas hasta que alcanzaron un estado estable, o no pudieron expandirse más, y entonces apagaron la presión.

"Es un experimento muy simple que puede decir algunas cosas", dice Guo. "Una es que, cuando inyectas presión para hinchar este globo, se hace mucho más grande que su tamaño original. Y en cuanto sueltas la presión, vuelve a encogerse gradualmente, lo que es un comportamiento clásico de un material elástico, similar al de un globo de goma."

Chasquido elástico

Al inflar cada esferoide, los investigadores observaron que, si bien la capacidad de la membrana basal para inflarse y desinflarse mostraba que en general era elástica como un globo, los detalles más específicos de este comportamiento eran sorprendentemente diferentes.

Inflar un globo de látex suele requerir una buena cantidad de esfuerzo y presión para ponerse en marcha. Una vez que se pone en marcha y empieza a inflarse un poco, el globo se vuelve de repente mucho más fácil de inflar.

"Normalmente, una vez que el radio de un globo aumenta aproximadamente un 38%, no es necesario soplar más fuerte: basta con mantener la presión para que el globo se expanda de forma espectacular", afirma Guo.

Este fenómeno, conocido como inestabilidad por chasquido, se observa en globos fabricados con materiales linealmente elásticos, lo que significa que su elasticidad o rigidez inherente no cambia a medida que se deforman o inflan.

Sin embargo, según sus mediciones, los investigadores descubrieron que la membrana basal se volvía más rígida o resistente al inflarse, lo que indica que el material es elástico de forma no lineal y puede cambiar su rigidez al deformarse.

Si se produjera una inestabilidad de tipo "snap-through", el tumor se convertiría en un desastre: simplemente explotaría", afirma Guo. "En este caso, no lo hace. Eso me indica que la membrana basal proporciona un control sobre el crecimiento".

El equipo tiene previsto medir las propiedades de la membrana en diferentes etapas del desarrollo del cáncer, así como su comportamiento alrededor de los tejidos y órganos sanos.

También están explorando formas de modificar la elasticidad de la membrana para ver si al hacerla más rígida se evita que las células cancerosas la atraviesen.

"Estamos investigando activamente cómo modificar la mecánica de estas membranas y aplicar las perturbaciones en modelos de cáncer de mama para ver si podemos retrasar su invasión o metástasis", afirma Guo. "Es una analogía con la fabricación de un globo más rígido, algo que pensamos probar".

Fuente: Instituto Tecnológico de Massachusetts