นักวิทยาศาสตร์ค้นพบ ‘ภาษาไฟฟ้า’ ของเซลล์มะเร็งเต้านม

งานวิจัยที่นำโดย Imperial College London และ The Institute of Cancer Research ในลอนดอน สามารถช่วยให้เราเข้าใจได้ดีขึ้นว่าเซลล์มะเร็ง ‘ตัดสินใจ’ ได้อย่างไรว่าจะเพิ่มจำนวนเมื่อใดและจะแพร่กระจายไปยังที่ใด

เมื่อเซลล์กลายเป็นมะเร็ง เซลล์เหล่านั้นจะผ่านการเปลี่ยนแปลงทางไฟฟ้าชีวภาพหลายครั้ง ตัวอย่างเช่น ชั้นรอบๆ เซลล์ที่เรียกว่าเยื่อหุ้มเซลล์จะมีประจุบวกมากกว่าเยื่อหุ้มเซลล์ที่แข็งแรง

งานวิจัยชิ้นใหม่นี้เผยแพร่ในวันนี้ใน ชีววิทยาการสื่อสารพบว่าเช่นเดียวกับแรงดันเมมเบรนที่สูงกว่าในเซลล์ปกติ มันก็ผันผวนตามกาลเวลา โดยที่เซลล์มะเร็งเต้านมมีพฤติกรรมเหมือนเซลล์ประสาทมาก นักวิจัยเชื่อว่าสิ่งนี้สามารถบ่งบอกถึงเครือข่ายการสื่อสารทางไฟฟ้าระหว่างเซลล์มะเร็งที่อาจตกเป็นเป้าหมายของการหยุดชะงักในอนาคต ทำให้เกิดการรักษาใหม่ๆ

ดร. Amanda Foust หัวหน้าทีมวิจัยจากแผนกวิศวกรรมชีวภาพของอิมพีเรียลกล่าวว่า “เมื่อเซลล์ที่แข็งแรงกลายเป็นมะเร็ง การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นสามารถช่วยให้พวกมันเติบโตและแพร่กระจายได้ ตัวอย่างเช่น ยีนบางตัวที่ควบคุมการเพิ่มจำนวนเซลล์สามารถเปลี่ยน ทำให้เกิดการเจริญของเซลล์ที่ไม่สามารถควบคุมได้

“เรายังไม่ทราบว่าเหตุใดแรงดันของเยื่อหุ้มเซลล์จึงผันผวนในเซลล์มะเร็ง แต่การค้นพบและเทคโนโลยีของเรา ซึ่งเกิดจากความร่วมมืออันน่าตื่นเต้นของวิศวกรและนักชีววิทยา เปิดประตูสู่การทำงานเพิ่มเติมที่จะช่วยให้เราเข้าใจเครือข่ายและการเติบโตของสัญญาณมะเร็งได้ดีขึ้น .”

การทดสอบเครือข่าย

เพื่อทดสอบแรงดันไฟฟ้า นักวิจัยได้ขยายเซลล์จากเซลล์มะเร็งเต้านม 8 สาย และเซลล์มะเร็งเต้านม 1 สาย จากนั้นพวกเขาบันทึกแรงดันไฟฟ้าของเยื่อหุ้มเซลล์ด้วยกล้องจุลทรรศน์ที่เดิมออกแบบมาเพื่อบันทึกกิจกรรมทางไฟฟ้าในเซลล์สมอง ก่อนใช้การเรียนรู้ของเครื่องเพื่อจัดหมวดหมู่และกำหนดลักษณะสัญญาณ

พวกเขาพบความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าของเยื่อหุ้มเซลล์มะเร็งโดยไม่คาดคิด แม้ว่าจำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติม แต่นักวิจัยสงสัยว่าสัญญาณไฟฟ้า ‘กะพริบ’ และ ‘โบก’ อาจเป็นรูปแบบหนึ่งของการสื่อสารระหว่างเซลล์

พวกเขาเพิ่ม tetrodotoxin ซึ่งเป็น neurotoxin ที่มีศักยภาพซึ่งปิดกั้นช่องโซเดียมเพื่อป้องกันการสร้างประจุไฟฟ้าในเซลล์ประสาท การศึกษาก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นว่าเซลล์มะเร็งอาศัยช่องโซเดียมเหล่านี้เพื่อให้แพร่กระจายได้มากขึ้น

พวกเขาพบว่าในทำนองเดียวกันกับผลต่อเซลล์ประสาท tetrodotoxin ยับยั้งความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าในเซลล์มะเร็ง นักวิจัยกล่าวว่าสิ่งนี้อาจบ่งบอกถึงแนวทางการรักษาใหม่ ๆ ในการปิดกั้นการสื่อสารและพฤติกรรมของเซลล์มะเร็ง

ศาสตราจารย์คริส บาคาล ศาสตราจารย์ด้านสัณฐานวิทยาของมะเร็งจากสถาบันวิจัยมะเร็งในลอนดอน กล่าวว่า “นี่เป็นครั้งแรกที่เราสังเกตเห็นความผันผวนอย่างรวดเร็วของกิจกรรมทางไฟฟ้าภายในเซลล์มะเร็งเต้านม ดูเหมือนเซลล์มะเร็งเต้านม ได้สร้างภาษาไฟฟ้าประเภทหนึ่งขึ้น เรายังไม่รู้ว่าภาษานั้นซับซ้อนเพียงใด แต่อาจทำให้เซลล์มะเร็งสามารถถ่ายทอดข้อมูลเกี่ยวกับสารอาหารในบริเวณใกล้เคียงหรือสภาพแวดล้อมที่ไม่เป็นมิตรในระยะทางไกลๆ และส่งเสริมการอยู่รอดของเนื้องอกในที่สุด”

เพื่อทดสอบสิ่งที่ค้นพบเพิ่มเติม พวกเขาได้กระตุ้นให้เกิดมะเร็งในเซลล์ที่มีสุขภาพดีก่อนที่จะบันทึกอีกครั้ง พวกเขาพบว่าเมื่อเซลล์เหล่านี้กลายเป็นมะเร็ง แรงดันของเยื่อหุ้มเซลล์ก็ผันผวนเช่นกัน

ระดับของสัญญาณไฟฟ้าแตกต่างกันไปตามประเภทของมะเร็ง เซลล์มะเร็งที่ลุกลามและไม่สามารถรักษาได้นั้นมีความผันผวนบ่อยครั้งมากขึ้น โดยบางครั้งสัญญาณก็ปรากฏเป็นคลื่นที่เคลื่อนที่จากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่ง

ศาสตราจารย์เกียรติคุณ Mustafa Djamgoz จาก Department of Life Sciences ของ Imperial กล่าวว่า “จากเซลล์ทั้งหมดในร่างกาย เรามักจะเชื่อมโยงเซลล์สมองหรือหัวใจที่ ‘กระตุ้นได้’ กับกิจกรรมทางไฟฟ้า การวิจัยของเราแนะนำเครือข่ายสัญญาณไฟฟ้าที่ซ่อนอยู่ระหว่างเซลล์มะเร็งที่ อาจมีบทบาทสำคัญในพฤติกรรมของเซลล์มะเร็งรวมถึงการสื่อสารระหว่างกันและเซลล์อื่น ๆ ภายในเนื้องอก เรารู้อยู่แล้วว่าการแพร่กระจายของมะเร็งซึ่งเป็นสาเหตุหลักของการเสียชีวิตจากมะเร็งนั้นอำนวยความสะดวกด้วยกิจกรรมทางไฟฟ้า”

ศาสตราจารย์บาคาลกล่าวเสริมว่า “เราคิดว่าเครือข่ายเหล่านี้อาจทำให้เซลล์มะเร็งสามารถสร้างโครงสร้างคล้ายสมองที่ช่วยให้เซลล์มะเร็งสามารถทำงานร่วมกันเป็นเครื่องเดียว แทนที่จะเป็นแต่ละหน่วย”

การเชื่อมต่อเบาะแส

ขณะนี้นักวิจัยกำลังทำงานเพื่อระบุและขจัดความเชื่อมโยงที่อาจเกิดขึ้นระหว่างแรงดันเยื่อหุ้มเซลล์กับพฤติกรรมของเซลล์มะเร็ง เพื่อดูว่าสามารถตัดออกได้หรือไม่ ศาสตราจารย์บากาลกล่าวว่า “ถ้าคุณหยุดการสื่อสารระหว่างเซลล์มะเร็งได้ เซลล์มะเร็งก็จะรักษาได้ง่ายขึ้น ซึ่งก็ไม่ต่างจากสงครามมากนัก ถ้าคุณสามารถหยุดผู้บังคับบัญชาไม่ให้ส่งข้อมูลไปยังทหารที่อยู่ด้านหน้าได้ การต่อสู้จะง่ายขึ้น ที่จะชนะ.”

ดร. Foust กล่าวว่า “ขณะนี้เรากำลังตรวจสอบบทบาทของแรงดันไฟฟ้าในพฤติกรรมของเซลล์มะเร็ง เซลล์มะเร็งโคลนตัวเองและทวีคูณเมื่อแรงดันไฟฟ้าผันผวนในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่งหรือแตกออกเพื่อบุกรุกส่วนอื่น ๆ ของร่างกาย เราสามารถใช้ความรู้นี้เพื่อแทรกแซง ในระยะที่ผันผวนเพื่อป้องกันการแพร่กระจายของมะเร็ง นี่คือคำถามสำคัญที่เราหวังว่าจะได้คำตอบจากการทำงานอย่างต่อเนื่องของเรา”

การศึกษานี้ได้รับทุนจาก Integrated Biological Imaging Network, Royal Academy of Engineering, the Biotechnology and Biology Research Council (BBRC ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ UKRI), Wellcome Trust, Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ UKRI), Cancer Research UK และยืนหยัดเพื่อมะเร็งในสหราชอาณาจักร