E33 Tumormechanik

Thema

Wenn ein Tumor in einem begrenzten Raum wächst, erzeugt dieses Wachstum mechanische Kräfte, die bei freier Ausdehnung nicht auftreten würden.

Diese mechanischen Kräfte lassen sich in drei Kategorien einteilen: Wachstumsdruck, der sich im Tumor selbst aufbaut, da sich seine Zellen ohne ausreichenden Raum vermehren; interstitieller Flüssigkeitsdruck, der Druck der Flüssigkeit zwischen den Tumorzellen; und die elastischen Verformungen, die das Tumorwachstum im umliegenden Gewebe hervorruft.

Diese mechanischen Kräfte haben direkte biologische Folgen: Sie komprimieren Blutgefäße, die den Tumor durchziehen oder umgeben, was zu Sauerstoffmangel (Hypoxie) führt; sie lassen Lymphgefäße kollabieren, was wiederum den interstitiellen Flüssigkeitsdruck weiter erhöht; sie erzeugen mechanosensitive Signale, die von den Tumorzellen interpretiert werden und ihre Proliferation modulieren; und sie verhindern das Eindringen von Medikamenten in den Tumor.

Die diesen mechanischen Kräften zugrunde liegende Physik ist die Kontinuumsmechanik, angewendet auf biologisches Gewebe: Der Tumor verhält sich weder wie eine Flüssigkeit noch wie ein reiner Festkörper, sondern wie ein viskoelastisches Material, das mit zunehmendem Wachstum innere Spannungen, sogenannte Restspannungen, aufbaut.

Diese Restspannung bleibt verborgen, solange der Tumor im Körper eingeschlossen ist, wird aber freigesetzt, sobald der Tumor aus dem Körper entfernt wird: Nach der Entfernung dehnt sich das Tumorgewebe aus, und das Ausmaß dieser Ausdehnung ermöglicht es uns, den Wachstumsdruck zu quantifizieren, der sich durch die mechanischen Kräfte während des Wachstums im Körper angesammelt hatte.

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