To-vejs trafik til cellemigration

Celler bevæger sig ofte i grupper. Nogle gange vedtager de en strategi, der får dem til at bevæge sig i parallelle retninger, som forklaret af arbejdet i det biologi-inspirerede Physics at MesoScales-team ledet af Pascal Silberzan ved Institut Curie, Paris.

Ligesom der er mange måder at gå på, celler kan bevæge sig på mange måder. Ofte i grupper, celler migrerer under embryonisk udvikling eller tumorprogression. Disse migrationer er svækket af talrige forhindringer (fartøjer, muskel- eller nervefibre eller ekstracellulære matrixfibre), som ofte tvinger dem til at bevæge sig i trange rum. Fysikerne i Pascal Silberzans team (Institut Curie/CNRS/UPMC) gengiver på et meget kontrolleret måde et sådant miljø, for bedre at forstå denne kollektive cellulære adfærd, med nogle gange overraskende resultater ....

Antiparallelle forskydninger

"I mange biologiske væv, celler har høj densitet i et begrænset fysisk rum. Vi gengav denne indespærring ved hjælp af mikrofabrikationsteknikker, "forklarer Pascal Silberzan. Disse in vitro -modeller gør det muligt at begrænse et sæt aflange celler i spor, hvis bredde varierer fra en cellestørrelse til mere end en millimeter. I samarbejde med et team fra Francis Crick Institute i Storbritannien, Pascal Silberzans team har påvist forskellige adfærdsmåder, afhængigt af sporets bredde:

• På spor bredere end ca. 50 µm, cellerne flugter med hinanden og laver spontant en vinkel med sporets retning. På samme tid, cellerne nær kanterne bevæger sig kollektivt i modsatte retninger, på en parallel måde.
• På spor smallere end denne 50 µm tærskel (men altid meget bredere end en cellestørrelse), cellerne flugter perfekt med båndets retning, og de antiparallelle forskydninger forsvinder.

"Antiparallelle cellulære forskydninger var blevet observeret under embryonal udvikling eller tumorudvikling, men hverken mekanismen eller funktionen blev forstået, "tilføjer Guillaume Duclos, en ph.d. studerende på studietidspunktet. Med andre ord, hvis den samlede bevægelse af cellerne ledes fra tumoren til det ydre miljø, nogle af cellerne migrerer også i den modsatte retning, dvs. mod tumoren.

Hydrodynamikken i aktive væsker danner en ramme for at forklare dette fænomen. Denne fysiske teori gør det muligt at forstå, hvordan cellulær aktivitet fremkalder antiparallelle bevægelser på brede spor. Det forklarer også overgangen mellem fasen, hvor cellerne laver en vinkel med sporet og udvikler antiparallelle strømninger, og fasen uden disse egenskaber:Det er en mekanisk overgang styret af celleaktivitet. "Denne fysiske teori er meget generel, det er baseret på cellernes aktive natur, om symmetrier og om love for bevarelse af systemet ", forklarer teoretiker Carles Blanch-Mercader, derefter ph.d. elev i teamet Fysiske tilgange til biologiske problemer. Det giver derfor en meget generisk mekanisme til fortolkning af de tilsvarende observationer in vivo.

Grænsefladen mellem fysik og biologi kaster igen lys over en cellulær mekanisme, der hidtil er blevet dårligt forstået, i dette tilfælde uventede cellulære forskydninger, der kører mod den kollektive migration.