Sandslotte og overraskende oprindelse af grundlæggende cellulære funktioner

Celler, der består af et væv, kan pakkes ind i uordnede geometrier ligesom sandkorn gør i et sandslot. Ved at gøre det kan de fryse til en fast form - som i et sandslot - eller flyde som sand hældt fra en strandspand. Fundet, rapporteret af forskere ved Harvard T.H. Chan School of Public Health, Northeastern University, og MIT, giver indsigt i organdannelse i et embryo, heling af et sår, og endda invasion af celler i omgivende væv, som det sker ved kræft.

"Dette fund gør en dyb forbindelse mellem fysikken i inert granulært stof som sand og geometrien af ​​flercellede levende systemer, " sagde hovedforfatter Lior Atia, en postdoc i Jeffrey Fredbergs laboratorium, professor i bioteknik og fysiologi ved Harvard Chan School. "På grund af arten af, hvordan en celle putter sig blandt sine umiddelbare naboer, en videnskabsmand kan nu se på celleformer og komme med et rimeligt bud på hvorfor, og hvor hurtigt, disse celler vil migrere, ombygge, eller invadere omkringliggende væv."

Undersøgelsen vises online 2. april, 2018 i Naturfysik .

Tidligere arbejde af Fredberg og kolleger havde dokumenteret vigtigheden af ​​kollektiv cellulær adfærd ved astma, viser, at celler, der består af epitelvæv - som beklæder overfladerne af alle organer i hele kroppen - kan løsne sig og flyde som en væske, eller marmelade og fryse som et fast stof.

I den nye undersøgelse, forskerne undersøgte celleformens rolle i to vidt forskellige typer epitelceller – menneskelige bronkiale epitelceller dyrket i laboratoriet og celler i frugtfluens levende embryo – og observerede dem, mens de modnes over tid.

Som celler sidder fast eller ikke sidder fast, celleformer ændres på en systematisk måde i begge systemer, dermed foreslår et fælles fysisk grundlag. Celleformer blev gradvist mindre langstrakte og mindre variable, efterhånden som de satte sig fast, og mere aflange og mere variable, efterhånden som de løsnes. Meget ligesom inert granulært stof, disse celler interagerede med deres nærmeste naboer for at danne et "uordnet kollektiv", der skiftede mellem fast-lignende og væskelignende tilstande.

Ifølge forskerne, disse resultater tyder på, at forskelle i form fra celle til celle i et væv er nøglen til deres evne til at fastklemme og fjerne jamning - og at denne proces ser ud til at drive biologiske begivenheder, herunder embryonal udvikling, sårheling, og, potentielt, invasion af kræftceller.

Denne indsigt i celleadfærd kunne hjælpe forskerne med bedre at forstå celle-jamming og unjamming, som kan føre til potentielle behandlinger for tilstande såsom udviklingsmæssige abnormiteter, astma, og kræft.