Đối với các tế bào ung thư di căn, chúng trước tiên phải phá vỡ được hệ thống phòng thủ của chính khối u. Hầu hết các khối u được bọc trong một lớp màng "nền" bảo vệ - lớp màng mỏng, dẻo, giữ các tế bào ung thư tại chỗ khi chúng phát triển và phân chia. Trước khi lây lan đến các bộ phận khác của cơ thể, các tế bào phải phá vỡ màng nền này, một chất liệu mà chính các nhà khoa học đang rất khó khăn để mô tả chính xác đặc điểm của nó.

Các nhà nghiên cứu của MIT đã phát hiện ra rằng màng sinh học thông thường có đặc tính đàn hồi tương tự như một quả bóng bay, nhưng khác ở chỗ nó có thể giúp ngăn chặn tế bào ung thư di căn. Nguồn: Jose-Luis Olivares, MIT.

Mới đây, các kỹ sư của MIT đã thăm dò màng nền của các khối u ung thư vú và phát hiện ra rằng lớp phủ có vẻ mỏng manh này cứng như bọc nhựa, nhưng lại có độ đàn hồi đáng kinh ngạc như một quả bong bóng, có thể phồng to lên gấp đôi kích thước ban đầu.

Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng, trong khi quả bóng bay trở nên dễ thổi to hơn nhiều sau nỗ lực thổi ban đầu thì màng nền của khối u lại trở nên cứng hơn khi nó nở ra.

Đặc tính cứng nhưng đàn hồi này có lẽ đã giúp cho màng nền kiểm soát được cách các khối u phát triển. Thực tế là các màng này dường như cứng lại khi chúng giãn rộng cho thấy rằng chúng có thể hạn chế sự phát triển của khối u và khả năng lây lan hoặc di căn, ít nhất là ở một mức độ nhất định.

Những phát hiện này đã được công bố gần đây trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ, có thể mở ra một lộ trình mới nhằm ngăn chặn sự di căn của khối u, nguyên nhân phổ biến nhất gây ra cái chết liên quan đến bệnh ung thư.

Ming Guo, phó giáo sư kỹ thuật cơ khí tại MIT, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết: “Giờ đây chúng ta có thể nghĩ ra cách để thêm các vật liệu hoặc thuốc mới để tăng cường hơn nữa hiệu ứng làm cứng và tăng độ dẻo dai của màng nền của khối u để ngăn chặn các tế bào ung thư xuyên thủng.

Đồng tác giả nghiên cứu này bao gồm Hui Li, Trường Đại học sư phạm Bắc Kinh, Yue Zheng và Shengqiang Cai, Trường Đại học California tại Santa Diego, và Nghiên cứu sinh bậc sau tiến sỹ Yu Long Han của MIT.

Tình trạng nở phồng của màng bọc khối u

Màng nền không chỉ bao bọc các khối ung thư phát triển mà còn bao bọc các mô và các cơ quan khỏe mạnh. Màng mỏng này – có kích thước chỉ bằng một phần nhỏ độ dày của sợi tóc người - đóng vai trò như một giá đỡ vật lý giữ các mô và cơ quan cố định tại chỗ và giúp định hình hình dạng của chúng, đồng thời giữ cho chúng tách biệt và riêng biệt.

Nhóm của Guo, chuyên nghiên cứu về cơ chế tế bào, tập trung vào hành vi của tế bào ung thư và quá trình thúc đẩy khối u di căn, đã tiến hành nghiên cứu cách các tế bào này tương tác với môi trường xung quanh khi chúng di chuyển trong cơ thể.

“Một vấn đề quan trọng mà chúng tôi nhận ra đã không được chú ý đầy đủ là: màng bao quanh các khối u thì sao? Để thoát ra ngoài, các tế bào phải phá vỡ lớp màng này? Lớp này có đặc tính vật chất như nào? Nó có khiến cho tế bào phải làm việc thực sự vất vả để có thể phá vỡ? Đó là động lực thúc đẩy chúng tôi tìm hiểu màng nền của khối u”. Guo nói.

Để đo được các đặc tính của màng nền này, các nhà khoa học đã sử dụng kính hiển vi lực nguyên tử (AFM), sử dụng một đầu dò cơ học rất nhỏ để ấn nhẹ lên bề mặt của màng. Tạo ra lực cần thiết để làm biến dạng bề mặt có thể cung cấp cho các nhà nghiên cứu mức lực cản hoặc độ đàn hồi của vật liệu lý tưởng. Tuy nhiên, Guo nói rằng, ngoại trừ mô bên dưới, vì màng nền cực kỳ mỏng và khó tách khỏi mô bên dưới nên rất khó đo được sức kháng của màng bằng AFM là bao nhiêu.

Thay vào đó, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một kỹ thuật đơn giản, tương tự như thổi một quả bóng bay, để phân tách màng và đo độ đàn hồi của nó. Đầu tiên, họ nuôi cấy các tế bào ung thư vú ở người, tế bào này tiết ra protein một cách tự nhiên để tạo thành một màng bao quanh các nhóm tế bào được gọi là khối u hình cầu. Họ đã phát triển một số khối u hình cầu với nhiều kích cỡ khác nhau và gài microneedle vào mỗi khối u. Sau đó, họ tiêm chất lỏng vào các khối u với áp suất được kiểm soát, làm cho các màng tách ra khỏi tế bào và phồng lên như một quả bóng.

Các nhà nghiên cứu đã áp dụng các áp suất không đổi khác nhau để làm phồng các màng nền cho đến khi chúng đạt đến trạng thái ổn định, hoặc không thể giãn ra nữa, sau đó đóng áp suất.

“Đó là một thử nghiệm rất đơn giản có thể cho bạn biết một số điều. Một là, khi bạn tạo áp lực để làm phồng quả bóng bay, nó sẽ to hơn nhiều so với kích thước ban đầu. Và ngay sau khi bạn giải phóng áp lực, nó sẽ dần dần co lại. Đây là một hành vi cổ điển của vật liệu đàn hồi, tương tự như quả bóng cao su”, Guo nói.

Trạng thái đàn hồi

Khi họ thổi phồng từng hình cầu một, các nhà nghiên cứu quan sát thấy rằng, khả năng phồng lên và xẹp xuống của màng nền cho thấy nó có tính đàn hồi giống như một quả bóng bay, nhưng các chi tiết cụ thể hơn về hành vi này lại khác biệt một cách đáng ngạc nhiên.

Để làm phồng một quả bóng bay cao su thông thường cần rất nhiều nỗ lực và áp lực khởi động nó. Một khi nó hoạt động và bắt đầu phồng lên một chút, quả bóng bay đột nhiên trở nên dễ thổi phồng hơn rất nhiều.

“Thông thường, khi bán kính của một quả bóng bay tăng khoảng 38%, sẽ không cần phải thổi mạnh hơn nữa mà chỉ cần duy trì áp suất và quả bóng sẽ nở to đáng kể”, Guo cho biết...

Hiện tượng này được thấy trong bóng bay làm bằng vật liệu đàn hồi tuyến tính, có nghĩa là độ đàn hồi vốn có của chúng, hoặc độ cứng, không thay đổi khi chúng biến dạng hoặc căng phồng. Nhưng dựa trên các phép đo của họ, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng màng nền của khối u trở nên cứng hơn hoặc bền bỉ hơn khi nó phồng lên. Điều này cho thấy rằng vật liệu màng có tính đàn hồi phi tuyến tính và có thể thay đổi độ cứng khi nó biến dạng.

Nếu sự bất ổn định dạng xảy ra, khối u sẽ trở thành một thảm họa, nó sẽ bung ra. Nhưng trong trường hợp này thì không. Điều đó cho tôi thấy rằng màng nền khối u có khả năng kiểm soát sự phát triển của khối u”, Guo nói.

Nhóm nghiên cứu hiện lên kế hoạch đo các đặc tính của màng bọc ở các giai đoạn phát triển khác nhau của ung thư, cũng như hành vi của nó xung quanh các mô và cơ quan khỏe mạnh. Họ cũng đang khám phá các cách để điều chỉnh độ đàn hồi của màng nền này để xem liệu việc làm cho màng cứng hơn có ngăn được các tế bào ung thư xuyên thủng hay không.

P.T.T (NASATI), theo https://medicalxpress.com/news/2021-03-membrane-tumors-key-metastasis.html?fbclid=IwAR0I7b_hQyny2FnOWwbKcbAy1hXtRGzYGEThTUC5deQRabsiNvnJfWyL_UM, 7/3/2021