O glioblastoma é uma das formas mais agressivas de câncer cerebral, pois se espalha rapidamente, é resistente ao tratamento e difícil de remover cirurgicamente. Mesmo após cirurgias, radioterapia e quimioterapia, os pacientes geralmente vivem apenas de seis meses a um ano, e o tumor quase sempre retorna, tornando-se mais rápido no crescimento, resistente ao tratamento e propenso a se espalhar para os tecidos cerebrais circundantes.
Uma série de estudos realizados no laboratório de mecanobiologia do Professor Abhijit Majumdar no Instituto de Tecnologia da Índia de Bombaim (IIT Bombay) sugere que parte do problema reside nos métodos de estudo desses tumores. Os resultados mostraram uma explicação para a natureza agressiva e recidivante que vai além da genética.
Os cientistas descobriram que a maciez física dos tecidos ao redor do tumor pode ativar genes que promovem o desenvolvimento do câncer e ocultar potenciais alvos para medicamentos, que só se tornam visíveis quando as células são estudadas em condições que imitam os tecidos cerebrais reais.
No primeiro estudo, liderado pela Professora Shilpi Dutt do Centro de Excelência em Tratamento, Pesquisa e Educação Oncológica (ACTREC) do Tata Memorial Centre (atualmente na Escola de Ciências da Vida, JNU), em colaboração com a equipe de Majumdar, os pesquisadores recriaram a recidiva do tumor cerebral em laboratório e publicaram suas descobertas na revista Matrix Biology. Para isso, eles expuseram as células do câncer cerebral à radiação, destruindo cerca de 90% delas. As células sobreviventes foram então cultivadas e permitidas crescer novamente em laboratório, simulando o retorno do tumor após o tratamento.
Quando essas células recidivantes foram implantadas no cérebro de camundongos, elas se comportaram de forma mais agressiva do que as células tumorais originais (também chamadas de células parentais), o que corresponde às observações dos clínicos em pacientes. No entanto, quando populações de células parentais e recidivantes foram cultivadas separadamente em placas de cultura plásticas padrão e rígidas, ambas as populações demonstraram comportamento idêntico em termos de crescimento tumoral, invasividade (espalhamento) ou resistência ao tratamento.
O Professor Majumdar observou: «Suspeitávamos que o problema estivesse no próprio modelo experimental. Embora o cérebro seja um dos tecidos mais macios do corpo, semelhante a um gel, as células cancerosas são geralmente estudadas em superfícies plásticas rígidas porque são convenientes, reprodutíveis e padronizadas em laboratórios».
Para verificar se essa discrepância mascarava uma biologia importante, os pesquisadores cultivaram as células tumorais em hidrogéis de poliacrilamida projetados para corresponder à maciez do tecido cerebral. Nesses géis macios, as células tumorais recidivantes adquiriram uma forma invasiva, alongada e de movimento rápido, que era anteriormente invisível ao cultivar as mesmas células em plástico.
A Professora Dutt enfatizou: «A superfície rígida não apenas atenuava o comportamento agressivo das células; ela apagava a própria diferença entre as células parentais e as células recidivantes, que determina a recidiva clínica».
As consequências dessa divergência também afetaram quais alvos de medicamentos os pesquisadores puderam descobrir. Ao comparar os perfis de expressão gênica das células do câncer cerebral em ambas as superfícies, os cientistas descobriram a proteína PLEKHA7, que aumentava apenas no gel que imitava o cérebro. Seus níveis também foram elevados em biópsias de pacientes com glioblastoma recidivante. No plástico, ela nunca apareceu. O bloqueio de PLEKHA7 reduziu com sucesso a viabilidade e a disseminação das células tumorais.
Segundo a Professora Dutt: «Assim, um alvo de medicamento real e funcionalmente comprovado poderia ter sido simplesmente perdido ao usar o método de cultivo tradicional, no qual a maioria dos laboratórios ainda confia».
Embora comparações de «macio versus rígido» tenham sido feitas anteriormente por vários grupos, o Professor Majumdar observa que «a singularidade residia na comparação das células tumorais parentais com as células recidivantes e na demonstração de que sua resposta à rigidez do substrato é diferente — uma diferença invisível no plástico».
Ao estudar o papel de sinais físicos, como a rigidez do tecido, no comportamento do tumor, o laboratório de Majumdar começou a investigar se certas proteínas e RNAs, já conhecidas como impulsionadores da progressão do glioblastoma, podem reagir aos sinais físicos.
A Dra. Arpita Ghosh, primeira autora de dois estudos subsequentes, concentrou-se em NEAT1 — uma molécula reguladora de RNA gênico conhecida como RNA longo não codificante (lncRNA), associada ao crescimento tumoral, invasão, resistência ao tratamento e migração de células tumorais para novos locais. A Dra. Arpita declarou: «Enquanto as proteínas que respondem a forças físicas foram amplamente estudadas, moléculas de lncRNA como NEAT1 nunca foram consideradas como potenciais sensores de sinais físicos».
Trabalhando com o grupo do Professor Mohit Kumar Jolly no Instituto Indiano de Ciência em Bengaluru, a equipe de Majumdar cultivou células de câncer cerebral em géis de diferentes rigidezes. Seus resultados, apresentados em pré-print no bioRxiv, mostraram que os níveis de NEAT1 dentro das células aumentavam três a quatro vezes em superfícies macias, semelhantes ao cérebro, em comparação com o plástico rígido. Quando a equipe usou interferência de RNA para reduzir o nível de NEAT1 especificamente nas células cultivadas em géis macios semelhantes ao cérebro, muitos de seus traços agressivos diminuíram.
A Dra. Arpita observou: «A capacidade das células cancerosas de autorrenovação, disseminação através do tecido e adoção de uma forma mais móvel e mutável diminuiu. Este foi, essencialmente, um dos resultados mais importantes que nos mostrou que NEAT1 pode ser uma molécula mecanossensível, capaz de traduzir sinais físicos em mudanças no comportamento do tumor».
Em um estudo correlato, publicado na Macromolecular Bioscience, os pesquisadores investigaram outra limitação do modelo laboratorial padrão. O Professor Majumdar observou: «Um tumor real é uma estrutura tridimensional, é uma esfera. Mas até agora, estamos estudando tudo em um plano bidimensional, incluindo géis macios. A questão é: estamos perdendo algo?»
Para recriar essa arquitetura, os pesquisadores cultivaram células de glioblastoma em esferoides tumorais tridimensionais, ou tumoroides. Esses tumores miniatura permitem que as células se organizem e interajam de maneiras que se assemelham mais às doenças cancerosas reais. Os níveis de NEAT1 eram aproximadamente 3,5 vezes maiores nesses modelos 3D do que nas células cultivadas em géis macios 2D. Com a supressão de NEAT1 por interferência de RNA, a divisão celular desacelerou e o crescimento do tumor diminuiu. Sob o microscópio, os tumoroides com níveis não suprimidos de NEAT1 tinham bordas serrilhadas e proeminentes, que são uma característica distintiva das células cancerosas que se desprendem para se espalhar. Por outro lado, os tumoroides com NEAT1 suprimido tinham limites lisos e compactos, sugerindo que o câncer teria menor probabilidade de invadir os tecidos circundantes».
A Dra. Arpita concluiu: «Nossas descobertas mostram que a própria arquitetura do tumor pode influenciar o comportamento das moléculas relacionadas ao câncer».
Posteriormente, os pesquisadores descobriram se esse fenômeno se estende além do câncer cerebral. Comparando culturas 2D e 3D de linhagens de células de câncer de mama, colo do útero, fígado e pulmão, eles descobriram um padrão específico do tecido. Tanto NEAT1 quanto a lncRNA associada, MALAT1, aumentavam nas células de câncer de mama, pulmão e cérebro cultivadas em 3D, mas diferiam nos cânceres do colo do útero e do fígado. Com esses dados, os pesquisadores enfatizam que os modelos laboratoriais devem corresponder ao ambiente físico único de cada tipo de câncer para refletir com precisão a biologia da doença.
Na opinião de Majumdar, «o que distingue este conjunto de trabalhos é a ligação entre mecânica, biologia de lncRNA e progressão do câncer. Isso nunca foi feito antes».
Em conjunto, essas descobertas indicam que o ambiente físico do tumor pode moldar seu comportamento tão profundamente quanto sua genética, e que as placas plásticas rígidas podem fazer com que os pesquisadores ignorem alvos importantes para medicamentos.
O Professor Majumdar conclui: «Simplesmente mudando a rigidez, conseguimos reproduzir o que foi observado clinicamente, o que era impossível ver em placas plásticas. Se alguém tem um alvo para um medicamento anticancerígeno, agora deve incluir isso (géis macios e tumoroides) no experimento inicial». Ele acrescenta que o custo de ignorar essa etapa já é visível: aproximadamente nove em cada dez candidatos a medicamentos contra o câncer falham nos ensaios em humanos, apesar dos resultados iniciais promissores.
