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.
El
trabajo de investigación de M.E. Dokukin, N.V. Woodworth y I. Sokolov, aparece descrito
bajo el título “Emergence of Fractal Geometry on the Surface of Human CervicalEpithelial Cells During Progression Towards Cancer” en el New Journal of Phycics. de marzo de 2015.
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.
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Ejemplo
de fractal según método de Meldelbrot
crédito José M. Battle i Ferrer -
trabajo propio
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