Geometria e microscopia combinados determinam risco de cancro

Este artigo publicado na Scientific Reports apresenta um método simples e acessível para identificar padrões celulares de risco para cancro e os distinguir de outros que não apresentam risco acrescido. O método baseia-se na análise automática de imagens microscópicas de células que expressam proteínas humanas e recorre à diferenciação dos padrões geométricos. A abordagem proposta permitirá análises sem necessidade de equipamento sofisticado e abreviará muito os resultados de análise da função dessas proteínas.

Uma das razões para que determinados cancros sejam extremamente invasivos resulta de alterações numa proteína que garante a coesão entre as células dos tecidos, a Caderina-E. Estas proteínas estão na superfície das células e funcionam como ganchos que garantem a adesão de uma célula às sua vizinhas mantendo o tecido estável e organizado.

Algumas mutações da proteína Caderina-E levam ao afrouxamento dessas ligações, à desorganização dos tecidos e, mais grave, à migração de células soltas para outras partes do organismo, onde se estabelecem e formam as chamadas metástases. Quando olhamos para um conjunto de células com organização suspeita é essencial saber, o mais rapidamente possível, se estamos a olhar para algo com potencial de risco aumentado para cancro, ou não. A solução passou por combinar esforços com a equipa do ISR-Lisboa, do Instituto Superior Técnico, e desenvolver metodologias de processamento de imagem capazes de fazer essa análise com imagens de microscopia simples, ou seja, sem necessidade de recorrer a microscópios de alta resolução, como os de força atómica.

O processo utiliza imagens de microscopia e os núcleos das células são utilizados como pontos de referência para desenhar uma malha que representa a geometria do sistema. A métrica obtida, a partir da triangulação entre núcleos de células adjacentes permite calcular a deformações nessa malha. Este método permite distinguir com muita fiabilidade células com mutações graves na Caderina-E doutras sem significado patológico e os investigadores defendem que poderá ser facilmente extrapolado para outro tipo de análises e para outras patologias.

Esta investigação foi financiada por uma associação de doentes norte americana com cancro gástrico hereditário, No Stomach for Cancer, através do prémio internacional atribuído à equipa portuguesa.

Autores e Afiliações:

Abstract:

In cancer, defective E-cadherin leads to cell detachment, migration and metastization. Further, alterations mediated by E-cadherin dysfunction affect cell topology and tissue organization. Herein, we propose a novel quantitative approach, based on microscopy images, to analyse abnormal cellular distribution patterns. We generated undirected graphs composed by sets of triangles which accurately reproduce cell positioning and structural organization within each image. Network analysis was developed by exploring triangle geometric features, namely area, edges length and formed angles, as well as their variance, when compared with the respective equilateral triangles. We generated synthetic networks, mimicking the diversity of cell-cell interaction patterns, and evaluated the applicability of the selected metrics to study topological features. Cells expressing wild-type E-cadherin and cancer-related mutants were used to validate our strategy. Specifically, A634V, R749W and P799R cancer-causing mutants present more disorganized spatial distribution when compared with wild-type cells. Moreover, P799R exhibited higher length and angle distortions and abnormal cytoskeletal organization, suggesting the formation of very dynamic and plastic cellular interactions. Hence, topological analysis of cell network diagrams is an effective tool to quantify changes in cell-cell interactions and, importantly, it can be applied to a myriad of processes, namely tissue morphogenesis and cancer.

Revista: Scientific Reports

Link: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4858654/