Pseudopod fremspring driver amøboide celler fremad:En 3D-svømningsmodel

Rytmiske mønstre og præcise bevægelser - disse er nøgleelementer i ordentlig svømning. Olympians demonstrerer gentagne vejrtrækningsmønstre, med synkroniseret hoved, ben- og armbevægelser, betagende tilskuere og fremkaldende bifald til rekordstore skridt. Sammenlignelige demonstrationer af dette mønsterrepetition og strømforbrug kan også ses i en mikroskopisk svømmer - den amøboide celle.

Cellen svømning former er nu forudsigelige til nye niveauer af præcision takket være avanceret 3D-modellering. Forskere Eric J. Campbell og Prosenjit Bagchi, fra afdelingen for mekanik og rumfartsteknik ved Rutgers University, genereret en 3D-model af en amøbe, der dyrker pseudopod-drevet svømning. Forskningen vil blive vist på forsiden af ​​denne måneds udgave af Væskers fysik .

Amoeboidceller har unikt fleksible cytoskeletoner, uden fast form. De kan trække sig sammen og udvide deres skeletsystem, mens de samtidig ændrer konsistensen af ​​deres cytoplasma, plasmaet omkring cellens organeller. Amoeboidceller er også karakteristiske med deres kapacitet til pseudopod-drevet motilitet. Pseudopoder, betyder falske fødder, er fremspring af cellelegemet, der kan vokse, del eller træk tilbage for at give bevægelse. Pseudopod -bevægelse er mere kompleks, end de fleste ville forvente. Den er afhængig af biomolekylære reaktioner, celledeformation og bevægelse af både cytoplasma og ekstracellulær væske.

"I denne forskning, vi kombinerede en topmoderne model for celledeformation med intra- og ekstracellulær væskebevægelse, og proteinbiokemi ved hjælp af en dynamisk mønsterdannelsesmodel, " sagde Campbell. "Vi brugte derefter parallelle supercomputere til at forudsige cellens bevægelse, og studerede dets adfærd ved at variere celledeformerbarheden, flydende viskositet, og proteindiffusivitet. "

Amøboide celler viser en ensrettethed i svømning med en tilsvarende ændring i pseudopoddynamik, forårsaget af fremskrivninger, der bliver mere udbredt forrest i cellen. Denne ensretning skyldes sandsynligvis en øget svømmehastighed på grund af den fokuserede orientering. Ved hjælp af computermodelsimuleringer, forskerne studerede cellesvømning ved at variere proteindiffusivitet, membranelasticitet og cytoplasmatisk viskositet.

Nøjagtig modellering af amøboid cellesvømning udgjorde en række udfordringer. "Modellen havde brug for at kunne løse deformation i tredimensioner med høj nøjagtighed og uden numerisk ustabilitet, "Sagde Campbell. Proteinbiokemi, som skaber lokomotivkraften, skulle kobles til modellen. Væskebevægelse skulle også overvejes. "De intra- og ekstracellulære væsker kan have forskellige egenskaber, og modellen skal tage højde for sådanne forskelle. "

Disse forskellige parametre blev integreret for at optimere cellelocomotion modellering, levere nye, mere præcis information om bevægelsesmekanismerne. Amøboide celler, der viser denne pseudopod-drevne motilitet, kan give indsigt i mange biologiske processer. Ifølge Campbell, mobiliteten observeres også under embryonal udvikling, sårheling, immunrespons fra hvide blodlegemer, og metastatiske kræftceller.