Celler på et trangt sted

Migrerende celler skal overvinde fysiske barrierer såsom tætte porer i fintmaskede væv. En nylig undersøgelse foretaget af et hold af LMU-biofysikere giver en ny teori til at beskrive, hvordan celler manøvrerer sådanne begrænsende miljøer.

I den menneskelige krop, der er en konstant bevægelse af migrerende celler. Immun- og kræftceller er særligt bevægelige, og er i stand til at finde vej gennem forskellige barrierer og tyndmasket væv. Et samarbejde mellem eksperter i teoretisk og eksperimentel biofysik ledet af prof. Chase Broedersz og prof. Joachim Rädler ved LMU München har nu foreslået en ny måde at studere migration af indesluttede celler ved hjælp af en datadrevet tilgang. Resultaterne offentliggøres online i Naturfysik .

Klemmer sig frem og tilbage mellem de to øer

Nøglen til deres tilgang var at studere en migrerende celle i et kunstigt afgrænset mikromiljø. Dette mikromiljø består af to øer, hvorpå en celle komfortabelt kan sidde, som er forbundet med en smal bro. De er belagt med et protein, som cellen kan klæbe til, mens omgivelserne ikke er tilgængelige for cellen. Forsnævringen danner en forhindring for den migrerende celle, som skal mase sig over. Ved hjælp af time-lapse mikroskopi, forskerne overvågede, hvordan cellerne bevæger sig rundt:Brystvævsceller bliver ikke bare siddende, de maser sig febrilsk frem og tilbage mellem de to øer. Ved at se hundredvis af celler migrere på disse mikromønstre, holdet afslørede dynamikken i, hvordan celler overvinder sådanne fysiske forhindringer.

Afgørende for denne undersøgelses succes var det tætte samarbejde mellem teori og eksperiment. "Vi sørgede for, at designet af det begrænsende miljø, hvori cellerne migrerer, er så enkelt og kontrollerbart som muligt, " Joachim Rädler forklarer. "Dette giver os mulighed for at bruge en big-data tilgang."

Filtrering af udsving

Den teoretiske model, biofysikerne foreslår, er en bevægelsesligning. Dette svarer i ånden til de ligninger, der beskriver mange fysiske systemer, såsom planeternes bevægelse omkring solen. Celler er imidlertid meget mindre, og deres bevægelse er stærkt påvirket af iboende udsving. "Ved at bruge vores model, vi var i stand til at adskille det forudsigelige, deterministiske komponenter fra den tilfældige del af bevægelsen, udsvingene, " Chase Broedersz forklarer. "Dette giver os mulighed for at forstå, hvordan celler pålideligt kan udføre migreringsopgaver, på trods af alle disse tilfældige påvirkninger."

Efter at have filtreret udsvingene i cellens adfærd, forskerne opdagede, at brystkræftceller og raske brystceller har forskellig motilitetsadfærd. "Vores datadrevne tilgang kombineret med kunstige mikromønstre giver os mulighed for at afsløre karakteristiske træk ved cellerne, siger David Brückner, undersøgelsens første forfatter. "Den udledte model giver derfor et 'motilitetsfingeraftryk', der adskiller forskellige celletyper."

Chase Broedersz konkluderer:"Vores nye tilgang beskriver begrænset cellemigration ved hjælp af dynamisk systemteori og viser, hvordan celler tilpasser sig afgrænsede miljøer. Dette kunne også have applikationer til kvantitativ vurdering af celleadfærd i mere komplekse biologiske miljøer."