"Ngôn ngữ điện" tiềm năng của các tế bào ung thư vú được công bố

Nghiên cứu, dẫn đầu bởi Đại học Hoàng gia London và Viện Nghiên cứu Ung thư, London, có thể giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cách các tế bào ung thư 'quyết định' khi nào nên nhân lên và nơi lây lan đến.

Khi các tế bào trở thành ung thư, chúng trải qua một loạt các thay đổi về điện sinh học. Ví dụ, lớp xung quanh các tế bào, được gọi là màng tế bào, trở nên tích điện dương hơn màng tế bào khỏe mạnh.

Nghiên cứu mới này, được công bố hôm nay trên Communications Biology, cho thấy rằng cũng như điện áp màng cao hơn so với các tế bào khỏe mạnh, nó cũng dao động theo thời gian - với các tế bào ung thư vú hoạt động giống như tế bào thần kinh. Các nhà nghiên cứu tin rằng điều này có thể chỉ ra một mạng lưới liên lạc điện giữa các tế bào ung thư trong tương lai có thể là mục tiêu của sự gián đoạn, tạo ra các phương pháp điều trị mới có thể xảy ra.

Đồng tác giả, Tiến sĩ Amanda Foust, từ Khoa Kỹ thuật Sinh học của Imperial, cho biết: "Khi các tế bào khỏe mạnh trở thành ung thư, những thay đổi mà chúng trải qua có thể giúp chúng phát triển và lây lan. Ví dụ, chúng ta biết rằng một số gen kiểm soát sự nhân lên của tế bào có thể tắt, gây ra sự phát triển tế bào không kiểm soát được.

"Chúng tôi vẫn chưa biết tại sao điện áp của màng dao động trong tế bào ung thư - nhưng khám phá và công nghệ của chúng tôi, được kích hoạt bởi sự hợp tác thú vị của các kỹ sư và nhà sinh vật học, mở ra cánh cửa cho công việc tiếp theo có thể giúp chúng tôi hiểu rõ hơn về mạng lưới báo hiệu ung thư và sự tăng trưởng."

Kiểm tra mạng

Để kiểm tra điện áp, các nhà nghiên cứu đã phát triển các tế bào từ tám dòng tế bào ung thư vú và một dòng tế bào vú khỏe mạnh. Sau đó, họ ghi lại điện áp của màng tế bào bằng kính hiển vi ban đầu được thiết kế để quay phim hoạt động điện trong các tế bào não, trước khi sử dụng máy học để phân loại và mô tả các tín hiệu.

Thật bất ngờ, họ tìm thấy sự dao động về điện áp của màng tế bào ung thư. Mặc dù cần nhiều nghiên cứu hơn, các nhà nghiên cứu nghi ngờ các tín hiệu điện 'nhấp nháy' và 'vẫy' có thể là một hình thức giao tiếp giữa các tế bào.

Họ đã thêm tetrodotoxin, một chất độc thần kinh mạnh ngăn chặn các kênh natri để ngăn chặn việc tạo ra điện tích trong các tế bào thần kinh. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng các tế bào ung thư dựa vào các kênh natri này để trở nên xâm lấn hơn.

Họ phát hiện ra rằng, tương tự như tác dụng của nó đối với các tế bào thần kinh, tetrodotoxin đã ức chế sự dao động điện áp của các tế bào ung thư. Các nhà nghiên cứu cho biết điều này có khả năng chỉ ra những con đường điều trị mới để ngăn chặn giao tiếp và hành vi của tế bào ung thư.

Đồng tác giả chính, Giáo sư Chris Bakal, Giáo sư về Động lực học Ung thư tại Viện Nghiên cứu Ung thư, London, cho biết: "Đây là lần đầu tiên chúng tôi quan sát thấy sự dao động nhanh chóng như vậy trong hoạt động điện trong các tế bào ung thư vú. Có vẻ như các tế bào ung thư vú đã thiết lập một loại ngôn ngữ điện. Chúng tôi vẫn chưa biết ngôn ngữ phức tạp như thế nào, nhưng nó có thể cho phép các tế bào ung thư chuyển tiếp thông tin về các chất dinh dưỡng gần đó hoặc môi trường thù địch trên một khoảng cách lớn, và cuối cùng thúc đẩy sự sống sót của khối u ".

Để kiểm tra thêm những phát hiện của mình, họ đã gây ung thư trong dòng tế bào khỏe mạnh trước khi ghi lại chúng. Họ phát hiện ra rằng một khi các tế bào này đã trở thành ung thư, điện áp của màng của chúng cũng dao động.

Mức độ tín hiệu điện khác nhau giữa các loại ung thư. Các dòng tế bào ung thư tích cực hơn và không thể điều trị được có sự dao động thường xuyên hơn, với các tín hiệu đôi khi xuất hiện dưới dạng sóng truyền từ tế bào này sang tế bào khác.

Đồng tác giả, Giáo sư danh dự Mustafa Djamgoz tại Khoa Khoa học Đời sống của Imperial cho biết: "Trong số tất cả các tế bào trong cơ thể, chúng ta thường liên kết các tế bào não hoặc tim 'dễ bị kích thích' với hoạt động điện. Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy một mạng lưới tín hiệu điện ẩn giữa các tế bào ung thư có thể đóng một vai trò quan trọng trong hành vi của tế bào ung thư bao gồm giao tiếp với nhau và các tế bào khác trong khối u. Chúng tôi đã biết rằng sự lây lan của ung thư, nguyên nhân chính gây tử vong do ung thư, được tạo điều kiện bởi hoạt động điện ".

Giáo sư Bakal nói thêm: "Chúng tôi nghĩ rằng các mạng lưới này thậm chí có thể cho phép các tế bào ung thư hình thành các cấu trúc giống như não cho phép các tế bào ung thư hoạt động cùng nhau như một cỗ máy duy nhất, thay vì như các đơn vị riêng lẻ".

Kết nối các manh mối

Các nhà nghiên cứu hiện đang làm việc để xác định và bỏ chọn các liên kết tiềm năng giữa điện áp màng tế bào và hành vi của các tế bào ung thư, để xem liệu chúng có thể bị cắt hay không. Giáo sư Bakal cho biết: "Nếu bạn có thể ngăn chặn các tế bào ung thư giao tiếp với nhau, chúng có thể trở nên dễ điều trị hơn. Nó không quá khác biệt so với một cuộc chiến. Nếu bạn có thể ngăn một chỉ huy chuyển tiếp thông tin cho binh lính ở mặt trận, trận chiến sẽ trở nên dễ dàng hơn để giành chiến thắng".

Tiến sĩ Foust cho biết: "Chúng tôi hiện đang điều tra vai trò của điện áp trong hành vi của tế bào ung thư. Các tế bào ung thư có tự nhân bản và nhân lên khi điện áp của chúng dao động theo một mô hình nhất định hay bị vỡ ra để xâm chiếm các bộ phận cơ thể khác không? Chúng ta có thể sử dụng kiến thức này để xen vào một giai đoạn dao động cụ thể để ngăn ngừa sự lây lan của ung thư không? Đây là những câu hỏi quan trọng mà chúng tôi hy vọng sẽ trả lời với công việc đang diễn ra của chúng tôi.

Reference: Quicke P, Sun Y, Arias-Garcia M, et al. Voltage imaging reveals the dynamic electrical signatures of human breast cancer cells. Commun Biol. 2022;5(1):1-14. doi: 10.1038/s42003-022-04077-2