jueves, 12 de marzo de 2015

GEOMETRÍA FRACTAL MUESTRAN CÉLULAS CANCEROSAS EMERGENTES

Caos del cáncer: Los patrones de la superficie de las células epiteliales cervicales humanas muestran la propiedad  fractal de la auto-similitud. Crédito: Cortesía de M & nbsp: Dokukin y yo & nbsp: Sokolov

Patrones fractales que surgen cuando las células humanas sanas se tornan cancerosas, por primera vez fueron observadas por científicos  en los Estados Unidos , al utilizar un microscopio de fuerza atómica (AFM-  Atomic Force Microscope)

Igor Sokolov y sus colegas de la Universidad de Tufts y la Universidad de Clarkson vieron los patrones mientras estudiaban las superficies de las células epiteliales del cuello uterino, con una resolución nanométrica. 
El trabajo podría dar una mejor comprensión de cómo la superficie de las células afecta la progresión de algunos cánceres, lo que podría a su vez conducir a nuevas estrategias para combatir la enfermedad.
Aunque el origen de muchos tipos de cáncer es todavía un misterio, algunos científicos creen que estas enfermedades están relacionadas con procesos complejos en las células vivas cuando se desequilibran, lo que podría llevar a un comportamiento caótico. De hecho, los signos de caos ya se han observado en estudios bioquímicos y físicos de tejido canceroso - con la estructura de algunos tejidos cancerosos, por ejemplo, que tienen propiedades fractales asociados con los sistemas caóticos.

Los patrones fractales, sin embargo, nunca se han visto antes en las superficies de las células individuales de cáncer. La nueva observación podría ser significativa porque los científicos ya saben que la superficie de una célula de cáncer juega un papel importante en la "metástasis". Este es el proceso mediante el cual las células cancerosas se las arreglan para dejar un tumor primario - a menudo forzando su camino a través de los tejidos sanos - y viajar a otras partes del cuerpo para crear tumores secundarios.

Células inmortales
El nuevo estudio se llevó a cabo usando células cultivadas en el laboratorio. Se estudiaron tres tipos de células epiteliales cervicales humanos: las células normales tomadas de mujeres sanas; las células cancerosas malignas tomadas de pacientes con cáncer; y células "inmortales" pre-cancerosas que fueron creados por el tratamiento de algunas de las células sanas con un genoma del virus del papiloma humano. Las células después se liofilizaron para que pudieran ser estudiadas con un AFM.

Los investigadores asignan las características estructurales de las superficies de las células a una resolución de aproximadamente menor  a 20 nm (nanómetros) por píxel de la imagen. En particular, el AFM midió la "pegajosidad" entre la diminuta sonda del instrumento y la superficie celular. Las imágenes que a continuación se procesaron usaron una transformación de Fourier para identificar cualquier patrón de repetición. Posteriormente, el equipo analizó esta información para detectar signos de patrones que se repiten en un número de diferentes escalas de longitud - un sello distintivo de un patrón fractal.

El equipo encontró que las superficies de ambas células, las sanas y las células cancerosas no tenían patrones fractales, mientras que estos patrones se observaron en las células precancerosas. Este hallazgo fue inesperado. "A pesar de las expectativas anteriores de que los patrones fractales se asocian con las células cancerosas", dice Sokolov, "encontramos que la geometría fractal se produce sólo en un período limitado de desarrollo cuando las células se vuelven cancerosas inmortales."

Transformación de superficie
De acuerdo con Sokolov, el equipo también descubrió que las células tienden a desviarse más del comportamiento fractal cuando más avanzan hacia el cáncer, mientras que las células normales no tienen patrones fractales. Esto podría significar que la fase fractal pre-canceroso juega un papel en la transformación de la superficie de una célula sana a la de una célula de cáncer.
Sokolov y sus colegas esperan que su descubrimiento pueda ayudar a identificar los "puntos débiles" en la transición de la salud de las células cancerosas que podrían ser objeto de detener el desarrollo del cáncer. Tal transición podría implicar inestabilidades en los procesos biológicos que se producen en la célula y conducir a un comportamiento caótico en la superficie. Si estas inestabilidades podría prevenirse en los países emergentes, a continuación, la progresión a cáncer podría ser detenida.
"Tenemos que mejorar nuestra comprensión de lo importante de la superficie celular está en el desarrollo del cáncer", concluye Sokolov.

Hay más información sobre como se utilizan los AFMs para estudiar las células cancerosas en el número especial de la Física del Cáncer de  julio de 2013 de Physics World.
Fuente: Physics World 11.marzo.2015 / Wikipedia

Glosario: Fractal es un objeto geométrico cuya estructura básica fragmentada o irregular, se repite a diferentes escalas.
 
Ejemplo de fractal según método de Meldelbrot 
crédito José M. Battle i Ferrer - trabajo propio



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