Kankercellen zijn gevaarlijk, niet alleen omdat ze een tumor vormen, maar ook omdat ze kunnen ontsnappen en elders in het lichaam nieuwe tumoren veroorzaken. Dat proces heet uitzaaiing of metastase en is nog altijd de belangrijkste reden waarom zoveel mensen aan kanker overlijden. Nederlandse onderzoekers hebben nu ontdekt hoe bepaalde soorten kankercellen dit precies doen.
Om te kunnen uitzaaien moeten kankercellen zich een weg banen door extreem dicht weefsel, met poriën die vaak kleiner zijn dan de cel zelf. “Daarom moeten kankercellen zich vervormen en door dit weefsel heen persen om zich te kunnen verplaatsen”, vertelt Gijsje Koenderink, mede-auteur van de nieuwe studie van de TU Delft en het Kavli Instituut voor Nanowetenschap, aan Scientias.nl.
Tot nu toe wist niemand precies hoe ze dat doen. Er waren wel vermoedens, maar harde bewijzen ontbraken. Koenderink en haar collega’s hebben nu voor het eerst laten zien dat twee agressieve soorten kankercellen, melanoomcellen (huidkanker) en fibrosarcoomcellen (bindweefselkanker), heel verschillende trucjes gebruiken om door precies dezelfde nauwe doorgangen te komen.
De ene is flexibeler dan de andere
Je zou verwachten dat de meest flexibele cellen het makkelijkst door kleine gaatjes glippen. Dat klopt ook, maar het verhaal is genuanceerder. Fibrosarcoomcellen zijn inderdaad veel vervormbaarder dan melanoomcellen en schieten daardoor sneller door extreem nauwe kanaaltjes. Maar melanoomcellen hebben een heel andere troef: ze zetten enzymen in om het collageen rondom hen een beetje af te breken. “Ze ruimen als het ware de obstakels voor zich weg zodat ze erdoorheen kunnen”, zegt Koenderink.
Waarom de celkern het grootste probleem is
Het lastigste onderdeel om te vervormen is bijna altijd de celkern; dat is het bolletje in de cel waarin al het DNA zit opgeslagen. De kern is het grootste en stijfste onderdeel van de cel. “Een cel kan alleen door een nauwe doorgang bewegen door zichzelf te verlengen en te versmallen, zodat hij door de opening past”, legt Koenderink uit. “In zeer nauwe doorgangen wordt daarom vooral de vervormbaarheid van de kern belangrijk.”
Fibrosarcoomcellen hebben een veel flexibelere kern en glijden daardoor veel sneller door kleine openingen. Melanoomcellen hebben daar meer moeite mee en blijven soms vastzitten. Maar hoewel de twee celtypen zo verschillend bewegen, kiezen ze bijna altijd dezelfde paden als ze de keuze krijgen tussen grote en kleine openingen. Ze hebben dus blijkbaar dezelfde voorkeur, ongeacht hoe makkelijk of moeilijk het voor hen is.
“Dat is nog niet volledig begrepen”, geeft Koenderink toe. “Onze bevindingen suggereren dat de energie die nodig is om de cel te vervormen een rol speelt: cellen geven in principe de voorkeur aan de bredere van twee doorgangen, omdat dat minder energie kost. Voor zeer nauwe doorgangen hadden ze echter geen sterke voorkeur, mogelijk omdat de energiekost onder een bepaalde breedte niet veel meer verandert.”
Minilaboratoria op een chip
Om dit alles te kunnen zien, bouwden de onderzoekers speciale plaatjes met piepkleine kanaaltjes erin. Die kanaaltjes bootsen precies de poriën in echt weefsel na, maar dan volledig gecontroleerd en zonder dat de cellen het materiaal zelf kunnen veranderen.
“Traditionele methoden kijken naar cellen in proefdieren (dit is experimenteel omslachtig, heeft ethische nadelen en is niet eenvoudig te vertalen naar de menselijke situatie) of naar cellen ‘in vitro’ in collageengel”, vertelt Koenderink. “In microfluïdische apparaten hebben we een goed gecontroleerde omgeving waarin de poriegroottes exact zijn gedefinieerd, de cellen hun omgeving niet kunnen veranderen en we met een microscoop makkelijk kunnen observeren hoe ze door de kanalen bewegen.” Dit soort precisie-experimenten waren vroeger bijna onmogelijk.
Op weg naar nieuwe behandelingen
De studie is vooral belangrijk omdat hij laat zien dat de mechanische eigenschappen van kankercellen, hoe stijf of flexibel ze zijn, rechtstreeks bepalen hoe succesvol ze kunnen uitzaaien. “Het meten van celmechanica zou daarom een nieuwe manier kunnen zijn om maligniteit vroegtijdig vast te stellen, en het aanpakken van celvervormbaarheid zou een mogelijke nieuwe behandelingsrichting kunnen zijn”, zegt Koenderink. Misschien komen er bijvoorbeeld medicijnen die specifiek de kern stijver maken zodat kankercellen niet meer door kleine gaatjes passen.
Toch zijn er nog heel wat open vragen. Hoe beslissen kankercellen eigenlijk welke kant ze op gaan? Hebben ze een soort ‘geheugen’ van eerdere moeilijke doorgangen? En hoe combineren ze al die signalen uit hun omgeving? Meer onderzoek is nodig om deze vragen te beantwoorden.
