La propagation des tumeurs et autres tissus en croissance a révélé un tout nouveau type de physique.
Dans une nouvelle recherche, publiée le 24 septembre dans la revue Nature Physics, les scientifiques ont découvert que les cellules vivantes passent des feuilles 2D aux taches 3D par un processus inconnu auparavant appelé "mouillage actif". Et la physique du mouillage actif peut expliquer pourquoi et comment les cancers se propagent.
"Si nous pouvions trouver le moyen de modifier ces forces de manière sélective dans une véritable tumeur, ce qui est une tâche très difficile, nous pourrions concevoir un traitement pour éviter la dissémination du cancer", ont expliqué les auteurs Xavier Trepat, de l'Institut de bio-ingénierie de Catalogne à L'Espagne et Carlos Pérez-González, de l'Université de La Laguna en Espagne, ont déclaré à Live Science dans un e-mail.
Physique active
Toute sorte d'application médicale pour les résultats est loin. Trepat et Pérez-González ont déclaré que leurs prochaines étapes consisteront à approfondir la physique étrange du mouillage actif, dont on sait encore peu de choses.
Ce que les chercheurs ont trouvé est basé sur des expériences faites dans une boîte de laboratoire en utilisant des cellules de cancer du sein humain. Tout a commencé, ont déclaré Trepat et Pérez-González, avec une enquête sur une protéine appelée E-cadhérine, qui assure l'adhésion entre les cellules. Les chercheurs avaient voulu savoir comment cette protéine régule la tension au sein des tissus ou des groupes de cellules. Ce à quoi ils ne s'attendaient pas, c'est que la tension à l'intérieur du tissu pourrait devenir si élevée que leur feuille de tissu se détacherait spontanément du gel recouvert de collagène qu'ils utilisaient comme substrat et se rétracterait en forme de sphéroïde.
"La première fois que nous avons observé ce phénomène, nous ne savions pas comment ni pourquoi cela se produisait", ont déclaré les chercheurs à Live Science.
Les chercheurs ont comparé le mouillage actif avec le comportement des fluides dits passifs, dans lesquels il n'y a pas de structures vivantes pour modifier l'écoulement des fluides. Normalement, dans les fluides passifs, un ensemble d'équations physiques connues sous le nom d'équations de Navier-Stokes dicte la dynamique des fluides. Dans les fluides passifs, la transition de la feuille 2D au sphéroïde 3D est appelée démouillage. Le contraire, un sphéroïde 3D s'étalant en deux dimensions, est appelé mouillage. Que le mouillage ou le démouillage se produise dépend de la tension superficielle de l'interface, du liquide et du gaz impliqués.)
Mais alors que les chercheurs ont joué avec les cellules cancéreuses dans leur expérience - des paramètres variables tels que la taille des tissus et les niveaux de E-cadhérine - ils ont constaté que les cellules ne se comportaient pas comme les fluides normaux dans le mouillage passif et le démouillage. En effet, un certain nombre de processus actifs, de la contractilité du tissu à l'adhésion cellule-substrat, déterminent si les cellules se gonflent ou s'étalent, ont découvert les chercheurs.
La transition entre la phase de mouillage étalé et la phase de démouillage en boule dépend de la compétition entre les forces cellule-cellule et les forces qui attachent la cellule au substrat, ont indiqué les chercheurs.
Transitions du cancer
Les tissus se développent et se déplacent de nombreuses façons, y compris pendant le développement normal. Mais la transition active de mouillage est importante, car c'est le moment clé que les cellules passent d'une sphère contenue à une feuille plate étalée, Trepat et Pérez-González. En d'autres termes, une fois que des boules circulaires de tumeur se sont étendues et se sont fixées à une surface, la tumeur peut se propager davantage.
"Nos résultats ont mis en place un cadre complet pour comprendre quelles forces sont importantes pour l'invasion du cancer", ont déclaré les enquêteurs. Les chercheurs ont ajouté qu'une partie de la prochaine phase de travail consistera à déplacer les études des boîtes de laboratoire vers les tissus vivants et les tumeurs réelles.
Les systèmes biologiques peuvent être difficiles à intégrer dans les cadres de la physique classique, ont écrit Richard Morris et Alpha Yap dans un commentaire accompagnant le nouvel article. Morris est chercheur postdoctoral à l'Institut Tata pour la recherche fondamentale en Inde et Yap est biologiste cellulaire à l'Université du Queensland en Australie. Mais Morris et Yap ont écrit que le nouvel article est un "pas précieux dans la bonne direction" pour rendre la physique pertinente aux problèmes de biologie.
"Dans ce cas", écrivaient-ils, "nous apprenons que, si les idées de la physique classique peuvent être bénéfiques dans la caractérisation des systèmes biologiques, l'analogie ne doit pas être poussée trop loin et de nouvelles approches sont nécessaires."
