Nowotwory pod fizycznym nadzorem

Komórki raka piersi, fot. National Cancer Institute

Komórki raka piersi, fot. National Cancer Institute

Zespół badaczy z udziałem dr. hab. inż. Krzysztofa W. Fornalskiego opublikował artykuł poświęcony wykorzystaniu modelu Avramiego-Dobrzyńskiego, który może służyć zrozumieniu procesu akumulacji mutacji genetycznych prowadzących do rozwoju nowotworów. Tekst znalazł się w czasopiśmie International Journal of Molecular Sciences

W pracy The Risk Function of Breast and Ovarian Cancers in the Avrami–Dobrzyński Cellular Phase-Transition Model opisano praktyczne zastosowanie biofizycznego modelu powstawania nowotworu. Autorzy oparli się na fizycznej koncepcji zarodkowania i wzrostu kryształów i przełożyli ją na język biologii — wykorzystali analogię procesu przejścia fazowego w fizyce do procesu transformacji nowotworowej w komórkach. Znane od lat równanie Avramiego w zmodyfikowanej formie wykorzystano do określenia prawdopodobieństwa pojawienia się choroby nowotworowej, co może mieć istotne znaczenie kliniczne. 

Wielopunktowy model kancerogenezy zakłada, że nowotwór powstaje w wyniku sekwencyjnej akumulacji wielu mutacji genetycznych w komórkach, co prowadzi do zakłócenia prawidłowych funkcji komórkowych i rozwoju nowotworów złośliwych. Kiedy liczba mutacji onkogennych przekracza pewną wartość krytyczną, transformacja nowotworowa komórki przebiega jako szybki proces nieliniowy, analogicznie do zjawiska fizycznego przejścia fazowego. 

Badacze przeanalizowali dane dotyczące raka piersi i jajnika podopiecznych Narodowego Instytutu Onkologii im. Marii Skłodowskiej-Curie w Warszawie. Wyniki wskazują m.in., że u pacjentek z dziedzicznymi mutacjami genu BRCA1/BRCA2 nowotwór można zdiagnozować około dwóch lat wcześniej niż u pozostałych osób. Co więcej, badania sugerują, że procesy rakotwórcze przebiegają według dynamiki fraktalnej, co uzyskano również we wcześniejszych badaniach nad zastosowaniem równania Avramiego do opisu transformacji nowotworowej komórek żołądka autorstwa dr. Fornalskiego oraz prof. Ludwika Dobrzyńskiego — ta kwestia wymaga jednak jeszcze dodatkowych analiz. 

Badania na temat fraktalności procesów nowotworzenia będą kontynuowane, w planach jest współpraca m.in. z ekspertami z Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego oraz badaczami z Japonii. Badania te są koordynowane przez naukowców z Zakładu Fizyki Układów Złożonych na Wydziale Fizyki Politechniki Warszawskiej. 

Prowadzone na naszym wydziale badania w zakresie fizyki medycznej wpisują się w szerszy zakres tzw. fizyki nowotworu (ang. cancer physics). Ta nowa dziedzina jest intensywnie rozwijana w wielu ośrodkach na całym świecie, natomiast Wydział Fizyki Politechniki Warszawskiej jest jednym z liderów krajowych, a rozpoczęty w zeszłym roku cykl seminariów Fizyka nowotworu zyskał grono stałych słuchaczy. 

 

Z pełną treścią artykułu można się zapoznać na stronie https://www.mdpi.com/1422-0067/25/2/1352.  

Autorzy: A. Zawadzka (Narodowy Instytut Onkologii im. Marii Skłodowskiej-Curie), B. Brzozowska (WF UW), A. Matyjanka (Wydział Fizyki PW), M. Mikula (Narodowy Instytut Onkologii im. Marii Skłodowskiej-Curie), J. Reszczyńska (IMDiK PAN), A. Tartas (WF UW), K. W. Fornalski (Wydział Fizyki PW)