Forskere får celle -gennembrud til at ændre form

En ny beregningsmodel udviklet af forskere fra The City College i New York og Yale giver et klarere billede af strukturen og mekanikken i bløde, formændrende celler, der kunne give en bedre forståelse af kræftsvulstvækst, sårheling, og embryonisk udvikling.

Mark D. Shattuck, professor i fysik ved City College's Benjamin Levich Institute, og forskere ved Yale udviklede den nye effektive beregningsmodel. Det gør det muligt for simulerede partikler at ændre form realistisk og samtidig bevare volumen under interaktioner med andre partikler. Deres resultater fremgår af den seneste udgave af Fysisk gennemgangsbreve .

Udvikling af computersimuleringer af partikler, såsom sandkorn og kuglelejer, er ligetil, fordi de ikke let ændrer form. Det er vanskeligere at gøre det samme for celler og andre deformerbare partikler, og de beregningsmodeller, forskere i øjeblikket bruger, fanger ikke nøjagtigt, hvordan bløde partikler deformeres.

Beregningsmodellen udviklet af Shattuck og hovedforsker fra Yale, Corey O'Hern, sporer punkter på overflader af polygonale celler. Hvert overfladepunkt bevæger sig uafhængigt, i overensstemmelse med omgivelserne og nabopartikler, tillader partikelens form at ændre sig. Det er mere beregningsmæssigt krævende end nuværende simuleringer, men nødvendigt for korrekt model af partikeldeformation.

"Vi har nu en effektiv nøjagtig beregningsmodel til at undersøge, hvor diskret, deformerbare partikler pakke, " sagde Shattuck. Det giver også forskere mulighed for nemt at justere celle-celle-interaktioner, overveje rettet bevægelse, og kan bruges til både 2-D og 3-D systemer.

Et uventet resultat fra modellen viser, at deformerbare partikler skal afvige fra en kugle med mere end 15% for fuldstændigt at fylde et rum.

"I vores nye model, hvis der ikke påføres et eksternt tryk på systemet, partiklerne er sfæriske, " sagde O'Hern. "Når trykket øges, partiklerne deformeres, at øge den brøkdel af plads, de optager. Når partiklerne fylder rummet fuldstændigt, de vil være 15 % deforme. Uanset om det er bobler, dråber, eller celler, det er et universelt resultat for bløde, partikelsystemer. "

Blandt andre applikationer, denne teknologi kan give forskere et nyt værktøj til at undersøge, hvordan kræftsvulster metastaserer. "Vi kan nu skabe realistiske modeller af pakning af celler i tumorer ved hjælp af computersimuleringer, og stil vigtige spørgsmål som f.eks., om en celle i en tumor skal ændre form for at blive mere i stand til at bevæge sig og til sidst forlade tumoren. "