Cercetătorii au descoperit mecanismul care face ca inima să dezvolte rar tumori (sub 0,03%, conform datelor din autopsii), potrivit unui studiu publicat în revista Science. Descoperirea deschide noi direcții de cercetare pentru tratarea cancerului.
Înțelegerea mecanismului care apară inima de tumori deschide căi noi în cercetare FOTO: Shutterstock
publicitate”); background-position: center center; background-repeat: no-repeat;”>
Un studiu publicat în revista Science, ale cărui concluzii au fost prezentate de platforma online medscape.com, oferă noi perspective oncologice.
Inima este unul dintre organele în care cancerul apare cel mai rar (tumorile cardiace sunt identificate în mai puțin de 0,03% dintre autopsii). Un studiu publicat în Science arată că bătăile inimii activează un mecanism molecular, mediat de proteina Nesprin-2, care modifică activitatea unor gene și împiedică înmulțirea celulelor canceroase. Cercetătorii spun că descoperirea ar putea deschide, în viitor, noi direcții pentru dezvoltarea unor tratamente împotriva cancerului.
Studiul a fost realizat de o echipă internațională de cercetători coordonată din Italia, autorii principali fiind dr. Giulio Ciucci, cercetătorul care a efectuat cea mai mare parte a experimentelor de laborator și prof. Serena Zacchigna – coordonatoarea întregului proiect și liderul de grup al Laboratorului de Biologie Cardiovasculară de la Centrul Internațional pentru Inginerie Genetică și Biotehnologie (ICGEB) din Trieste. Echipa lor a inclus și alți specialiști în biologie moleculară și cardiologie din cadrul ICGEB, în colaborare cu cercetători de la Universitatea din Trieste. Împreună, aceștia au lucrat la designul experimentelor, de la culturile de celule supuse presiunilor mecanice până la testele avansate pe modele animale, pentru a demonstra cum bătăile inimii blochează celulele canceroase.
Cum se protejează inima de tumorile canceroase
Tumorile care își au originea direct în miocard sunt excepțional de rare, apărând în <1% din autopsii, menționează platforma medscape.com.. Chiar și metastazele cardiace, care au fost raportate în până la 18% din autopsii, sunt adesea mici, asimptomatice și descoperite întâmplător. Deși acest fenomen a fost recunoscut de mult timp, baza sa biologică rămâne neclară.
publicitate”); background-position: center center; background-repeat: no-repeat;”>
Inima este binecunoscută pentru capacitatea sa limitată de regenerare. După naștere, cardiomiocitele (celulele musculare specializate ale inimii, responsabile direct de contracția acestui organ și de pomparea sângelui în corp) încetează să se mai dividă și ulterior se reînnoiesc cu o rată de aproximativ 1% pe an. Cu toate acestea, atunci când sarcina mecanică este redusă, cum ar fi la pacienții susținuți de dispozitive de asistență ventriculară stângă, cardiomiocitele prezintă din nou semne de proliferare.
Această observație i-a determinat pe cercetători să investigheze dacă aceeași sarcină mecanică care restricționează celulele cardiace normale ar putea, de asemenea, suprima creșterea cancerului.
Pentru a înțelege de ce inima pare să fie mai rezistentă la cancer decât alte organe, cercetătorii au modificat genetic șoareci astfel încât în ficat, mușchi și inimă să apară două dintre cele mai frecvente modificări genetice întâlnite în cancerele umane: activarea genei KRAS, care favorizează dezvoltarea tumorilor, și inactivarea genei TP53, un important mecanism de apărare împotriva cancerului. Deși aceste modificări au dus la apariția tumorilor în mai multe organe, în inimă nu s-a format niciuna.
În etapa următoare, cercetătorii au transplantat inima unui șoarece în corpul altui șoarece. Inima transplantată continua să primească sânge și să rămână vie, însă nu mai funcționa ca o inimă normală: nu mai pompa sângele în organism și nu mai era supusă efortului mecanic produs de contracțiile continue.
Apoi, oamenii de știință au injectat aceleași celule canceroase atât în inima normală a șoarecelui, cât și în cea transplantată. Rezultatul a fost surprinzător: în inima care funcționa normal, celulele canceroase nu s-au dezvoltat. În schimb, în inima transplantată, care nu mai depunea același efort mecanic, ele s-au înmulțit rapid și au format tumori.
publicitate”); background-position: center center; background-repeat: no-repeat;”>
Mișcarea continuă și efortul mecanic al inimii par să împiedice dezvoltarea celulelor canceroase, iar experimentul a fost conceput tocmai pentru a testa această ipoteză.
În doar 14 zile, celulele canceroase au ajuns să înlocuiască aproape complet țesutul sănătos din inima transplantată. În schimb, în inima care funcționa normal, tumora a ocupat doar aproximativ 20% din ventricul.
Cercetătorii au verificat dacă diferența se datorează faptului că în una dintre inimi au supraviețuit mai multe celule canceroase imediat după injectare, dar au exclus această posibilitate. Concluzia lor a fost că problema nu era câte celule canceroase au ajuns în fiecare inimă, ci cât de repede s-au înmulțit. În inima aflată în funcțiune, proliferarea lor a fost puternic încetinită.
Cercetătorii au obținut aceleași rezultate și în experimente de laborator, folosind țesut cardiac creat artificial. Ei au observat că, atunci când țesutul era supus unui efort mecanic redus, celulele canceroase se înmulțeau. Însă, pe măsură ce intensitatea solicitării mecanice creștea, multiplicarea lor încetinea, iar în zonele unde celulele inimii erau stimulate cel mai puternic, dezvoltarea tumorii era minimă.
Oamenii de știință au verificat și o altă posibilă explicație: că celulele inimii și cele canceroase ar concura pentru aceiași nutrienți. Însă au exclus această ipoteză, ceea ce sugerează că efectul protector este legat de efortul mecanic al țesutului cardiac, nu de lipsa de hrană pentru celulele tumorale.
Ce se întâmplă la nivelul celulelor
După ce au observat că efortul mecanic al inimii încetinește dezvoltarea tumorilor, cercetătorii au vrut să afle cum se produce acest efect la nivelul celulelor.
publicitate”); background-position: center center; background-repeat: no-repeat;”>
Analizele au arătat că forțele mecanice generate de contracțiile inimii modifică activitatea unor gene din celulele canceroase. Cu alte cuvinte, presiunea și întinderea la care sunt supuse aceste celule schimbă modul în care este „citit” ADN-ul lor, activând gene care frânează diviziunea și înmulțirea lor.
Cercetătorii au identificat și o proteină-cheie, numită Nesprin-2, care acționează ca un „traducător” al acestor forțe mecanice. Ea transmite către nucleul celulei semnalele generate de mișcare și determină modificarea activității genelor.
De ce apar palpitaţiile cardiace
Când oamenii de știință au dezactivat această proteină, efectul protector a dispărut: chiar dacă celulele canceroase erau în continuare supuse solicitării mecanice, ele au început din nou să se înmulțească rapid.
„Împreună, aceste rezultate scot la iveală rolul forțelor mecanice în protejarea inimii de cancer și ar putea deschide calea către terapii împotriva cancerului bazate pe stimulare mecanică”, au concluzionat autorii studiului, potrivit sursei citate.
„Un țesut protejat activ de propriile forțe mecanice”
Într-un interviu acordat Univadis Italia, parte a Medscape Professional Network, Giorgio Scita, doctor în filosofie, director al unității de cercetare Mecanismele Migrării Celulelor Tumorale de la Institutul de Oncologie Moleculară AIRC și profesor de patologie generală la Universitatea din Milano, Italia, a lăudat cercetarea, declarând că cel mai important aspect este faptul că munca echipei din Trieste identifică mecanica țesuturilor ca un regulator activ al comportamentului tumoral.
publicitate”); background-position: center center; background-repeat: no-repeat;”>
El a subliniat că forțele fizice (compresia, tensiunea) nu sunt doar consecințe ale creșterii unei tumori, ci factori capabili să influențeze direct dacă celulele canceroase se divid sau rămân inactivea declarat: „Studiul a abordat o întrebare simplă, dar fundamentală: De ce este inima în mare măsură rezistentă la cancer, în ciuda faptului că este puternic vascularizată și expusă continuu celulelor tumorale circulante?
Aceste descoperiri sugerează că bătăile inimii în sine creează un mediu mecanic ostil creșterii tumorale. Forțele de compresie generate de contracția ritmică a miocardului sunt detectate de celulele canceroase și traduse în semnale biochimice care limitează proliferarea acestora. Din această perspectivă, inima nu este pur și simplu un organ nefavorabil creșterii cancerului, ci un țesut protejat activ de propriile forțe mecanice”, a spus reputatul biolog celular italian.
Serena Zacchigna, doctor în filosofie, co-autoare a studiului și șefa Laboratorului de Biologie Cardiovasculară de la Centrul Internațional pentru Inginerie Genetică și Biotehnologie din Trieste, Italia, a declarat, tot pentru Univadis Italia: „Până acum, însă, atenția s-a concentrat în principal pe semnalele provenite de la matricea extracelulară, cum ar fi rigiditatea țesuturilor. Studiul nostru adaugă un element nou: chiar și forțele generate direct de mișcarea unui organ – în acest caz, contracția cardiacă – pot influența creșterea celulelor canceroase.”
Dincolo de inimă
Giorgio Scita a spus că descoperirile au implicații care se extind mult dincolo de inimă.
„Cel mai semnificativ aspect este că această lucrare identifică mecanica țesuturilor ca un regulator activ al comportamentului tumoral”, a spus el.
publicitate”); background-position: center center; background-repeat: no-repeat;”>
„Rigiditatea, compresia, tensiunea și constrângerea spațială nu sunt doar consecințe ale creșterii tumorale, ci factori care pot influența multiplicarea, răspândirea și starea de repaus a celulelor canceroase”, a adăugat Scita.
Cu alte cuvinte, proprietățile fizice ale unui țesut – cât de rigid este, câtă presiune exercită asupra celulelor sau cât de mult le limitează spațiul – pot influența direct modul în care se comportă o tumoră: dacă se dezvoltă, invadează țesuturile din jur sau, dimpotrivă, își încetinește creșterea.
Potrivit cercetătorilor, acest mecanism ar putea fi valabil și în cazul altor tipuri de tumori solide, nu doar al celor studiate acum. De exemplu, unele forme incipiente de cancer mamar se dezvoltă într-un spațiu foarte îngust, unde celulele sunt supuse unei presiuni mecanice ridicate. O întrebare la care oamenii de știință încearcă acum să răspundă este de ce unele celule canceroase sunt încetinite de aceste forțe, în timp ce altele reușesc să le depășească, devin mai agresive și se răspândesc în organism.
„Nu mai știm să ne oprim”. Lecția unui maestru Shaolin pentru oamenii mereu grăbiți
Aceste mecanisme sunt studiate în prezent de numeroase echipe de cercetare din întreaga lume, în speranța că cercetările vor duce, în viitor, la noi metode de prevenire și tratare a cancerului.
Către ce pot conduce studiile
Potrivit cercetătoarei Serena Zacchigna, rezultatele studiului deschid două direcții importante de cercetare.
Prima abordare se concentrează pe stimularea mecanică în sine. În colaborare cu inginerii de la Universitatea din Siena, cercetătorii dezvoltă dispozitive robotice purtabile concepute pentru a imita bătăile inimii și a oferi stimulare mecanică tumorilor solide superficiale, cum ar fi anumite tipuri de cancer de piele.
publicitate”); background-position: center center; background-repeat: no-repeat;”>
A doua abordare este farmacologia. Cercetătorii investighează dacă terapiile epigenetice capabile să modifice remodelarea cromatinei pot reproduce efectele contracției cardiace și pot suprima proliferarea celulelor tumorale.
Cu alte cuvinte, oamenii de știință încearcă fie să reproducă efectul mecanic protector al bătăilor inimii cu ajutorul unor dispozitive, fie să obțină același rezultat prin medicamente care modifică activitatea anumitor gene din celulele canceroase.
Cu toate acestea, Zacchigna a avertizat că această lucrare se află încă într-o fază experimentală incipientă.
Până când aceste idei vor putea fi transformate în tratamente, cercetătorii trebuie să răspundă la mai multe întrebări. Ei încearcă să afle prin ce mecanisme moleculare sunt transmise semnalele mecanice în interiorul celulei, care sunt genele cele mai importante în acest proces, dacă fenomenul apare în toate tipurile de cancer și, mai ales, dacă poate fi exploatat în siguranță la pacienți.
Într-un editorial care însoțește studiul, alți doi cercetători apreciază că rezultatele deschid o direcție promițătoare: stimularea unui complex de proteine implicat în transmiterea forțelor mecanice în interiorul celulei ar putea încetini dezvoltarea tumorilor. Totuși, ei avertizează că acest mecanism controlează numeroase procese biologice, ceea ce face dificilă transformarea lui într-o țintă terapeutică sigură.
De aceea, următorul pas va fi identificarea unor proteine mai specifice, implicate doar în blocarea multiplicării celulelor canceroase, care ar putea deveni ținte pentru viitoare tratamente.
