Μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Science φαίνεται να δίνει την πιο πειστική μέχρι σήμερα απάντηση σε αυτό το βιολογικό αίνιγμα.
- Οι επιστήμονες υπέθεσαν ότι οι μηχανικές δυνάμεις από τον χτύπο της καρδιάς εμποδίζουν τα καρκινικά κύτταρα, παρατηρώντας πως καρδιομυοκύτταρα πολλαπλασιάζονται ξανά όταν η μηχανική καταπόνηση του οργάνου μειώνεται τεχνητά σε ασθενείς.
- Πειράματα σε ποντίκια το επιβεβαίωσαν, καθώς σε μεταμοσχευμένες καρδιές χωρίς φυσιολογική μηχανική πίεση οι όγκοι εξαπλώθηκαν ταχύτατα, ενώ στις καρδιές που λειτουργούσαν κανονικά η ανάπτυξη των καρκινικών κυττάρων σχεδόν μηδενίστηκε.
- Ο μοριακός μηχανισμός πίσω από το φαινόμενο αποκαλύφθηκε: οι μηχανικές δυνάμεις, μέσω της πρωτεΐνης Nesprin-2, μεταβάλλουν τη δομή της χρωματίνης, ενεργοποιώντας γονίδια που αναστέλλουν τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων.
- Η ανακάλυψη ανοίγει νέους δρόμους για θεραπείες, όπως φορετές ρομποτικές συσκευές που μιμούνται τους παλμούς της καρδιάς για την αντιμετώπιση επιφανειακών όγκων, αν και η έρευνα βρίσκεται ακόμα σε πειραματικό στάδιο.
Ο εγκέφαλος, το ήπαρ, οι πνεύμονες και σχεδόν κάθε άλλο όργανο του ανθρώπινου σώματος μπορούν να γίνουν εστία ανάπτυξης καρκίνου. Η καρδιά, όμως, αποτελεί εδώ και δεκαετίες μια αξιοσημείωτη εξαίρεση, προκαλώντας την περιέργεια των επιστημόνων. Οι πρωτοπαθείς όγκοι της καρδιάς είναι εξαιρετικά σπάνιοι, ενώ ακόμη και όταν καρκινικά κύτταρα από άλλα όργανα φτάνουν εκεί μέσω της κυκλοφορίας του αίματος, σπάνια καταφέρνουν να αναπτυχθούν.
Τώρα, μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Science φαίνεται να δίνει την πιο πειστική μέχρι σήμερα απάντηση σε αυτό το βιολογικό αίνιγμα: ίσως ο ίδιος ο χτύπος της καρδιάς λειτουργεί ως ένας φυσικός αντικαρκινικός μηχανισμός.
Η ανακάλυψη που ανοίγει και έναν νέο δρόμο
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι συνεχείς μηχανικές δυνάμεις που δημιουργούνται από τη συστολή του καρδιακού μυός εμποδίζουν τον πολλαπλασιασμό των καρκινικών κυττάρων, επηρεάζοντας άμεσα τον τρόπο με τον οποίο εκφράζονται συγκεκριμένα γονίδια. Η ανακάλυψη δεν λύνει απλώς ένα παλιό επιστημονικό μυστήριο, αλλά ανοίγει και έναν νέο δρόμο για πιθανές αντικαρκινικές θεραπείες που θα αξιοποιούν τις μηχανικές ιδιότητες των ιστών αντί για τις κλασικές φαρμακευτικές παρεμβάσεις.
Η σπανιότητα των όγκων στην καρδιά είναι γνωστή εδώ και χρόνια. Οι πρωτοπαθείς καρκίνοι του μυοκαρδίου εμφανίζονται σε λιγότερο από το 1% των νεκροτομών, ενώ ακόμη και οι μεταστάσεις στην καρδιά, παρότι καταγράφονται συχνότερα, είναι συνήθως μικρές, ασυμπτωματικές και ανακαλύπτονται τυχαία. Μέχρι σήμερα, όμως, κανείς δεν μπορούσε να εξηγήσει με βεβαιότητα γιατί συμβαίνει αυτό.
Ξεκίνησαν από μια ενδιαφέρουσα παρατήρηση
Οι επιστήμονες ξεκίνησαν από μια ενδιαφέρουσα παρατήρηση. Τα κύτταρα της καρδιάς, τα λεγόμενα καρδιομυοκύτταρα, μετά τη γέννηση σχεδόν σταματούν να διαιρούνται και ανανεώνονται με εξαιρετικά αργό ρυθμό, περίπου 1% τον χρόνο. Ωστόσο, όταν η μηχανική καταπόνηση της καρδιάς μειώνεται –όπως συμβαίνει σε ασθενείς που υποστηρίζονται από ειδικές συσκευές υποβοήθησης της αριστερής κοιλίας– τα ίδια αυτά κύτταρα αρχίζουν ξανά να εμφανίζουν σημάδια πολλαπλασιασμού. Η διαπίστωση αυτή οδήγησε τους ερευνητές στην υπόθεση ότι ίσως οι ίδιες μηχανικές δυνάμεις που περιορίζουν την ανάπτυξη των φυσιολογικών κυττάρων να καταστέλλουν και τα καρκινικά.
Για να το εξετάσουν, δημιούργησαν σε ποντίκια γενετικές μεταλλάξεις που συναντώνται συχνά στους ανθρώπινους καρκίνους, ενεργοποιώντας το ογκογονίδιο KRAS και απενεργοποιώντας το γονίδιο TP53. Οι όγκοι εμφανίστηκαν σε διάφορα όργανα, όχι όμως στην καρδιά. Στη συνέχεια προχώρησαν σε ένα ακόμη πιο εντυπωσιακό πείραμα: μεταμόσχευσαν καρδιές ποντικών σε διαφορετικό σημείο του σώματος, όπου το όργανο εξακολουθούσε να αιματώνεται αλλά είχε χάσει το φυσιολογικό μηχανικό φορτίο που δημιουργείται από τη λειτουργία του.
Όταν εισήγαγαν τα ίδια καρκινικά κύτταρα τόσο στη φυσιολογική όσο και στη μεταμοσχευμένη καρδιά του ίδιου ζώου, το αποτέλεσμα ήταν εντυπωσιακό. Στην καρδιά που λειτουργούσε φυσιολογικά, τα καρκινικά κύτταρα σχεδόν δεν αναπτύχθηκαν. Αντίθετα, στη μεταμοσχευμένη καρδιά, όπου έλειπε η φυσιολογική μηχανική πίεση, οι όγκοι εξαπλώθηκαν ταχύτατα, καταλαμβάνοντας σχεδόν ολόκληρο τον ιστό μέσα σε μόλις δύο εβδομάδες.
Τα αποτελέσματα επιβεβαιώθηκαν και σε βιοτεχνητούς καρδιακούς ιστούς, όπου οι ερευνητές μπορούσαν να ελέγχουν με ακρίβεια τις μηχανικές πιέσεις που ασκούνταν στα κύτταρα. Όσο μεγαλύτερη ήταν η μηχανική φόρτιση, τόσο περισσότερο περιοριζόταν η ανάπτυξη των καρκινικών κυττάρων. Οι επιστήμονες απέκλεισαν μάλιστα το ενδεχόμενο η αναστολή αυτή να οφείλεται σε ανταγωνισμό για θρεπτικά συστατικά μεταξύ υγιών και καρκινικών κυττάρων, καταλήγοντας ότι ο καθοριστικός παράγοντας ήταν αποκλειστικά οι μηχανικές δυνάμεις.
Η έρευνα προχώρησε ακόμη βαθύτερα, αναζητώντας τον μοριακό μηχανισμό πίσω από το φαινόμενο. Οι αναλύσεις έδειξαν ότι οι μηχανικές δυνάμεις μεταβάλλουν τη δομή της χρωματίνης –του τρόπου δηλαδή με τον οποίο είναι οργανωμένο το γενετικό υλικό μέσα στον πυρήνα– ενεργοποιώντας γονίδια που αναστέλλουν τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό. Κομβικό ρόλο σε αυτή τη διαδικασία φαίνεται να παίζει η πρωτεΐνη Nesprin-2, η οποία λειτουργεί σαν μια φυσική «γέφυρα» ανάμεσα στον κυτταροσκελετό και τον πυρήνα του κυττάρου, μετατρέποντας τα μηχανικά ερεθίσματα σε βιολογικά σήματα.
Όταν οι ερευνητές απενεργοποίησαν τη συγκεκριμένη πρωτεΐνη, τα καρκινικά κύτταρα συνέχισαν να πολλαπλασιάζονται ακόμη και υπό υψηλή μηχανική πίεση. Όπως σημειώνουν οι συγγραφείς της μελέτης, «συνολικά, τα αποτελέσματα αυτά φωτίζουν τον ρόλο των μηχανικών δυνάμεων στην προστασία της καρδιάς από τον καρκίνο και ενδέχεται να ανοίξουν τον δρόμο για θεραπείες που θα βασίζονται στη μηχανική διέγερση».
Ο καθηγητής Γενικής Παθολογίας στο Πανεπιστήμιο του Μιλάνου, Τζόρτζιο Σκίτα, χαρακτήρισε το ερώτημα που έθεσε η μελέτη «απλό αλλά θεμελιώδες». «Η καρδιά είναι ιδιαίτερα αγγειοβριθής και εκτίθεται διαρκώς σε κυκλοφορούντα καρκινικά κύτταρα. Γιατί λοιπόν αντιστέκεται τόσο αποτελεσματικά στον καρκίνο;» ανέφερε.
Καρδιά, ένα όργανο αφιλόξενο για τον καρκίνο
Σύμφωνα με τον ίδιο, «οι παλμοί της καρδιάς δημιουργούν ένα μηχανικό περιβάλλον εχθρικό για την ανάπτυξη των όγκων. Οι δυνάμεις συμπίεσης που παράγονται από τη ρυθμική σύσπαση του μυοκαρδίου γίνονται αντιληπτές από τα καρκινικά κύτταρα και μετατρέπονται σε βιοχημικά σήματα που περιορίζουν τον πολλαπλασιασμό τους». Και καταλήγει: «Η καρδιά δεν είναι απλώς ένα όργανο αφιλόξενο για τον καρκίνο· είναι ένας ιστός που προστατεύεται ενεργά από τις ίδιες του τις μηχανικές δυνάμεις».
Η συν-συγγραφέας της μελέτης, Σερένα Τζακίνια από το Διεθνές Κέντρο Γενετικής Μηχανικής και Βιοτεχνολογίας της Τεργέστης, επισημαίνει ότι μέχρι σήμερα οι περισσότερες έρευνες επικεντρώνονταν κυρίως στη σκληρότητα των ιστών και στις ιδιότητες του εξωκυττάριου περιβάλλοντος. «Η δική μας μελέτη προσθέτει ένα νέο στοιχείο: ακόμη και οι δυνάμεις που παράγονται από την ίδια την κίνηση ενός οργάνου, όπως οι συστολές της καρδιάς, μπορούν να επηρεάσουν την ανάπτυξη των καρκινικών κυττάρων», εξηγεί.
Οι επιστήμονες θεωρούν ότι οι προοπτικές της ανακάλυψης ξεπερνούν κατά πολύ την καρδιολογία. Ήδη αναπτύσσονται φορετές ρομποτικές συσκευές που θα μιμούνται τους παλμούς της καρδιάς, ασκώντας μηχανική διέγερση σε επιφανειακούς συμπαγείς όγκους, όπως ορισμένοι καρκίνοι του δέρματος. Παράλληλα εξετάζονται φάρμακα που θα μπορούσαν να αναπαράγουν τις ίδιες επιγενετικές αλλαγές που προκαλεί η καρδιακή σύσπαση, χωρίς να απαιτείται φυσική μηχανική πίεση.
Οι ίδιοι οι ερευνητές, πάντως, τονίζουν ότι η έρευνα βρίσκεται ακόμη σε πρώιμο πειραματικό στάδιο και απομένουν πολλά ερωτήματα, όπως το αν ο ίδιος μηχανισμός ισχύει για όλους τους τύπους καρκίνου και πώς θα μπορούσε να αξιοποιηθεί με ασφάλεια στους ανθρώπους.