Zur Bildung von Metastasen in gesundem Gewebe muss ein Tumor das umgebende Gewebe verdr?ngen. Dazu muss er einen mechanisch stabilen Widerstand erzeugen, um sich Raum zu verschaffen. Andererseits ist eine gro?e Verformbarkeit einzelner Krebszellen vorteilhaft, um aus dem prim?ren Tumor invasiv in anderes Gewebe einzudringen. Diese gegens?tzlichen Ansprüche werden in b?sartigen Tumoren erfüllt, indem die Krebszellen mechanisch heterogener und weicher werden. Sie nehmen dann einen bisher unbekannten, neuen Materialzustand an, der die Vorteile von Festk?rpern und Flüssigkeiten vereint. ?Patientenproben von Brust- und Geb?rmutterhalstumoren zeigen ein gr??eres Spektrum an mechanischen Eigenschaften, durch die sich die Krebszellen in Richtung weicherer Zellen verschieben, obwohl der gesamte Tumor eine feste Masse bleibt“, erkl?rt Physiker Dr. Thomas Fuhs von der Universit?t Leipzig.
Motiviert durch Computersimulationen, fanden die Forschenden in Krebszellclustern kleine Inseln von steifen, unbeweglichen Zellen, die umgeben waren von einer Mehrzahl an beweglichen, weichen Zellen. Dabei k?nnen sich die weichen Zellen fast so frei wie eine Flüssigkeit bewegen. Die steifen Zellen blockieren sich gegenseitig in ihrer Bewegung, ?hnlich wie Kaffeebohnen in einem Trichter, sie ?jammen“ (verklemmen) sich gegenseitig. Die Krebszellcluster in einem Tumor bilden einen neuen Materialzustand. Dabei reichen nur wenige feste Inseln aus harten Zellen in einer flüssigen Umgebung aus weichen Zellen aus, dass sich das Gewebe trotz einer Majorit?t von beweglichen, weichen Krebszellen nicht mehr flüssig, sondern als mechanisch stabiler Festk?rper verh?lt. Die Inseln von harten Zellen sind über mechanische Spannungsbrücken aus weichen Zellen verbunden. Dieser Zustand stabilisiert das Gewebe hinreichend, um Tumorwachstum zu erlauben. Gleichzeitig bietet es viel Raum für weiche, bewegliche Zellen, die aus dem Tumor ausbrechen k?nnen, um Metastasen zu bilden.
?Das Paradox, das bei Brusttumoren aus Zellen, die weicher werden, ein Gebilde entsteht, das h?rter ist als das ursprüngliche Gewebe, ist also nur ein scheinbarer Widerspruch. Dieser Effekt wird noch verst?rkt, da hier haupts?chlich sehr weiche Fettzellen in der gesunden Brust mit Zellen verglichen werden, die zwar weicher sind als gesunde Epithelzellen, aber immer noch deutlich h?rter als Fettzellen“, sagt Prof. Dr. Josef Alfons K?s von der Universit?t Leipzig. Bei anderen Karzinomen, zum Beispiel Cervixkarzinomen (Geb?rmutterhhalskrebs), gibt es keinen Unterschied zwischen der makroskopischen Steifheit des gesunden und des Tumorgewebes. Aber auch in diesen Karzinomen findet sich eine breitere Verteilung der Elastizit?t der einzelnen Krebszellen, die zu dem neuen mechanischen Zustand führen. Dieser erlaubt es, dass ein mechanischer stabiler Tumor einen hohen Grad an beweglichen, metastatisch kompetenten Zellen enthalten kann. Die Forschenden vermuten, dass dies auf alle soliden Tumore und somit auf 92 Prozent aller Krebspatient:innen zutrifft.
?Die Ergebnisse der Studie liefern essentielle neue Einsichten in die Tumorbiologie oder – genauer gesagt – in die metastatische Kaskade. Die neuen Einsichten in die Mechanik der Krebszellen und des Tumorgewebes demonstrieren, dass die Physics of Cancer ein wichtiges Element ist, um das Voranschreiten eines Tumors zu verstehen“, erl?utert Fuhs. Ob die Zellen in einem Tumor komplett verklemmt bleiben wie in gesundem Gewebe oder sich l?sen k?nnen durch weicher werdende Krebszellen k?nne entscheiden, ob ein Tumor metastiert.
Originaltitel der Ver?ffentlichung in "Nature Physics":
'Rigid tumours contain soft cancer cells", DOI 10.1038/s41567-022-01755-0