Le cellule tumorali maligne subiscono una deformazione meccanica più facilmente delle cellule normali, permettendo loro di migrare in tutto il corpo. Le proprietà meccaniche delle cellule del cancro alla prostata trattate con i farmaci antitumorali più comunemente usati sono state studiate presso l'Istituto di fisica nucleare dell'Accademia polacca delle scienze di Cracovia. Secondo i ricercatori, i farmaci attuali possono essere utilizzati in modo più efficace ea dosi inferiori.

Nel cancro, un fattore chiave che contribuisce alla formazione di metastasi è la capacità delle cellule neoplastiche di subire deformazioni meccaniche. Presso l'Istituto di Fisica Nucleare dell'Accademia Polacca delle Scienze (IFJ PAN) di Cracovia, la ricerca sulle proprietà meccaniche delle cellule è stata condotta per un quarto di secolo. L'ultimo studio, realizzato in collaborazione con il Dipartimento di Biochimica Medica del Jagellonian University Medical College, riguardava diversi farmaci attualmente utilizzati nella chemioterapia del cancro alla prostata, e in particolare il loro impatto sulle proprietà meccaniche delle cellule cancerose. I risultati sono ottimistici:tutto indica che le dosi di alcuni farmaci possono essere ridotte senza il rischio di ridurne l'efficacia.

La chemioterapia è un attacco estremamente brutale non solo alle cellule tumorali del paziente, ma a tutte le cellule del corpo. Usandolo, i medici sperano che le cellule tumorali più sensibili muoiano prima che inizino a morire quelle sane. In questa situazione, è fondamentale sapere come scegliere il farmaco ottimale in un dato caso e come determinarne la dose minima, che da un lato garantirà l'efficacia del trattamento e dall'altro ridurrà al minimo gli effetti negativi della terapia.

Già nel 1999, i fisici dell'IFJ PAN hanno dimostrato che le cellule cancerose si deformano meccanicamente più facilmente. In pratica, questo fatto significa che possono spremere con maggiore efficienza attraverso i vasi stretti del sistema circolatorio e/o linfatico.

"Le proprietà meccaniche di una cellula sono determinate da elementi del suo citoscheletro come i microtubuli che esaminiamo, costituito da tubulina (una proteina), filamenti di actina e filamenti intermedi costituiti da proteine ​​come cheratina o vimentina, " afferma il Prof. Malgorzata Lekka del Dipartimento di Microstrutture Biofisiche IFJ PAN e aggiunge:"Le misurazioni biomeccaniche delle cellule vengono effettuate utilizzando un microscopio a forza atomica. A seconda delle esigenze, possiamo premere la sonda più o meno sulla cella, e in questo modo si ottiene una risposta meccanica proveniente da strutture che giacciono o sulla sua superficie, cioè alla membrana cellulare, o più profondo, anche al nucleo cellulare. Però, per ottenere informazioni sugli effetti di un farmaco, dobbiamo valutare quale contributo apporta ogni tipo di fibra del citoscheletro alle proprietà meccaniche della cellula".

Nei risultati attualmente riportati, i fisici di Cracovia hanno presentato esperimenti utilizzando la linea cellulare di cancro alla prostata umana DU145 disponibile in commercio. Questa linea è stata scelta per la sua resistenza ai farmaci. In fase di esposizione a farmaci a lungo termine, queste cellule nel tempo diventano resistenti ai farmaci e non solo non muoiono ma iniziano anche a dividersi.

"Ci siamo concentrati sugli effetti di tre farmaci comunemente usati:vinflunina, colchicina e docetaxel. Agiscono tutti sui microtubuli, che è desiderabile poiché queste fibre sono essenziali per la divisione cellulare. Docetaxel stabilizza i microtubuli e quindi aumenta anche la rigidità delle cellule tumorali e ne rende difficile la migrazione in tutto il corpo. Gli altri due farmaci destabilizzano i microtubuli, così le cellule cancerose possono migrare, ma a causa delle funzioni disturbate del citoscheletro, non sono in grado di dividere, " dice il dottorando Andrzej Kubiak, il primo autore dell'articolo pubblicato sulla prestigiosa Nanoscala .

I ricercatori di Cracovia hanno analizzato la vitalità e le proprietà meccaniche delle cellule 24, 48 e 72 ore dopo il trattamento farmacologico, e si è scoperto che i maggiori cambiamenti sono stati osservati tre giorni dopo l'esposizione al farmaco. Ciò ha permesso loro di determinare due concentrazioni di farmaci:una superiore, che distrusse le cellule, e uno più basso, al quale, sebbene le cellule siano sopravvissute, le loro proprietà meccaniche sono risultate alterate. Per ovvie ragioni, ciò che è accaduto alle cellule in quest'ultimo caso è stato di particolare interesse. L'interpretazione precisa di alcuni dei risultati ha richiesto diversi strumenti, come un microscopio confocale e la citometria a flusso. Il loro utilizzo è stato possibile grazie alla collaborazione con l'Istituto di Farmacologia dell'Accademia polacca delle scienze di Cracovia, il Dipartimento di Biologia Cellulare presso la Facoltà di Biochimica, Biofisica e Biotecnologie dell'Università Jagellonica e dell'Università degli Studi di Milano (Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Milano).

"E' noto da tempo che quando i microtubuli sono danneggiati, alcune delle loro funzioni sono svolte dai filamenti di actina. La combinazione di misurazioni delle proprietà meccaniche delle cellule con immagini di microscopi confocali ea fluorescenza ci ha permesso di osservare questo effetto. Siamo stati in grado di determinare con precisione le aree nella cellula colpite da un dato farmaco e capire come il suo impatto cambia nel tempo, " ha sottolineato il dottorando Kubiak.

Dalle ricerche dei fisici di Cracovia si possono trarre conclusioni pratiche. Per esempio, l'effetto della vinflunina è chiaramente visibile nella regione nucleare ma è compensato dai filamenti di actina. Di conseguenza, la cellula rimane abbastanza rigida da continuare a moltiplicarsi. D'altra parte, 48 ore dopo la somministrazione del farmaco, gli effetti di docetaxel sono più visibili, principalmente alla periferia della cellula. Questo fatto ci avverte anche dell'aumentato ruolo dei filamenti di actina e significa che la terapia dovrebbe essere supportata da un farmaco che agisca su questi filamenti.

"Fino ad ora, ci sono state poche ricerche sull'efficacia di basse concentrazioni di farmaci antitumorali. Dimostriamo che la questione merita davvero di essere interessata. Perché se comprendiamo i meccanismi d'azione dei singoli farmaci, possiamo mantenere, e talvolta anche aumentare, la loro attuale efficacia riducendo al tempo stesso gli effetti collaterali della chemioterapia. In questo modo, la chemioterapia può diventare più a misura di paziente, che dovrebbe influenzare non solo la salute fisica del paziente, ma anche il suo atteggiamento mentale, così necessario nella lotta contro il cancro, " conclude il prof. Lekka.