Vender til fysikkens love for at studere, hvordan celler bevæger sig

Forskere har længe været optaget af at forsøge at forstå, hvordan celler bevæger sig, for eksempel i jagten på nye måder at kontrollere spredningen af ​​kræft på. Biologiområdet fortsætter med at belyse de uendeligt komplekse processer, hvorved samlinger af celler kommunikerer, tilpasser sig og organiserer sig langs biokemiske veje.

Med hensyn til fysikkens love har forskere ved Yale Systems Biology Institute taget et nyt kig på, hvordan celler bevæger sig, og afsløret ligheder mellem opførsel af cellevæv og de enkleste vanddråber.

"Vi anlægger et andet perspektiv på, hvordan cellebevægelse bestemmes af egenskaberne af de væv, de befinder sig i, snarere end hvordan de opfører sig individuelt," sagde Michael Murrell, lektor i biomedicinsk teknik og fysik og seniorforfatter til en række artikler, der beskriver arbejdet.

Udgivet i Physical Review Letters , brugte gruppens indledende eksperimenter mekaniske teknikker til at måle overfladespændingen af ​​en simpel "kugle" af cellevæv for at afsløre ligheder med de termodynamiske egenskaber af vanddråber, men med mærkbare forskelle.

"Med en vanddråbe er overfladespændingen konstant og ændrer sig ikke med dråbestørrelsen," sagde Murrell. Forskerne fandt imidlertid ud af, at i tilfælde af en "dråbe" af kræftceller var overfladespændingen størrelsesafhængig - jo mindre væv, jo højere overfladespænding, og jo højere tryk i vævet.

Derefter anvendte holdet en overfladespændingsgradient for at vise, at celler i vævet bevægede sig hurtigt og kollektivt, ligesom den måde, vandoverfladen bevæger sig på, når vaskemiddel tilsættes. Deres resultater blev offentliggjort i Physical Review Fluids .

Denne såkaldte "Marangoni"-effekt opstår, når kræfterne ved overfladen af ​​et væv driver bevægelsen af ​​celler indeni.

For at fuldende puslespillet tillod forskerne vævet at klæbe til en overflade og efterligne den måde en tumor vokser og spreder sig på. Celler dukkede op fra kuglen af ​​væv som vanddråber, der "væddede" en modtagelig eller hydrofil overflade. Under nogle forhold øgede befugtningen det indre tryk i vævet, hvilket hjalp med at skubbe celler ud.

Udgivet i dag i Physical Review X , kaster disse resultater nyt lys over, i hvilken grad celler "migrerer", eller om tryk fra overfladespænding fremmer cellebevægelse.

"Når du tænker på noget, der flyder, tænker vi normalt på en trykgradient," sagde Vikrant Yadav, en forsker i Murrell Lab og medforfatter af alle tre undersøgelser. "Det, vi viser her, er, at vævets bulkegenskaber, herunder overfladespænding og tryk, betyder noget, når det kommer til cellers evne til at migrere ud af en modeltumor." + Udforsk yderligere

Forskere udvikler en ny måde at studere neurodegenerative sygdomme