Discovery afslører trækløs bevægelse er mulig

I en artikel offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve , Bristol-forskere har besvaret det grundlæggende spørgsmål:"Er det muligt at bevæge sig uden at udøve kraft på miljøet?", ved at beskrive den trækløse selvfremdrift af aktivt stof.

At forstå, hvordan celler bevæger sig autonomt, er et grundlæggende spørgsmål for både biologer og fysikere.

Eksperimenter med cellemotilitet udføres almindeligvis ved at se på en celles bevægelse på et objektglas under et mikroskop.

Under de forhold, celler observeres at "kravle" på overfladen. Kravl er velforstået:celler fæstner sig til overfladen og bruger disse ankerpunkter til at skubbe sig fremad (som at kravle på jorden). Imidlertid, at kravle er meget ineffektivt in vivo, hvor celler bevæger sig gennem komplekse 3D-miljøer.

Forskere fra School of Mathematics i Bristol har identificeret en anden fremdriftsmekanisme, der er særlig velegnet til cellebevægelser i væv - en, der ikke er afhængig af kraftoverførsel gennem ankerpunkter.

De fandt ud af, at selvfremdrift uden trækkraft (lokal kraft på det omgivende miljø) er mulig, hvis du er lavet af "aktivt" stof, som celler er. De beskriver, hvordan en dråbe aktivt stof kan bevæge sig fremad i en smal kanal uden at udøve nogen kraft på væggene omkring den.

Hovedforfatter, Dr. Aurore Loisy, sagde:"Traktionsfri bevægelse er meget kontraintuitivt. Vi blev virkelig begejstrede, da vi indså, at det ikke kun er muligt, men også at det giver en plausibel forklaring på et problem så vigtigt som cellemotilitet i væv.

"Udover, en del af skønheden ved denne trækløse selvfremdrift ligger i, at den er beskrevet af en analytisk løsning af bemærkelsesværdig og usædvanlig enkelhed. På grund af kompleksiteten (ikke-lineariteten) af de ligninger, der beskriver aktivt stof, vi forventede ikke at ende med noget så simpelt!"

Aktivt stof er en speciel slags stof, allestedsnærværende i biologi, hvor metabolisk energi konstant omdannes til mekanisk energi. Denne evne til at generere mekaniske kræfter internt, i hovedparten, er det, der tillader dråben at bevæge sig uden at udøve kræfter ved dens grænser (væggene).

Dr. Loisy tilføjede:"En dråbe aktivt stof, der bevæger sig gennem små huller, er en minimal model til at forstå cellemotilitet i væv, som er overfyldte miljøer med indviklede geometrier.

"Den mekanisme, vi opdagede, giver en mulig forklaring på det åbne spørgsmål om, hvordan celler bevæger sig i disse miljøer. En sådan motilitet er afgørende for en lang række fysiologiske processer i levende organismer, herunder immunrespons og sårheling, og dens deregulering er nøglen til kræftformidling (metastase)."

Det næste skridt er at observere dette fænomen eksperimentelt, ved at bruge en dråbe celleekstrakter i en specifikt konstrueret mikrokanal.