Forskere identificerer, hvordan celler bevæger sig hurtigere gennem slim end blod

Forskere ved University of Toronto, Johns Hopkins University og Vanderbilt University har opdaget, at visse celler bevæger sig overraskende hurtigere i tykkere væske - tænk honning i modsætning til vand, eller slim i modsætning til blod - fordi deres pjuskede kanter mærker viskositeten af ​​deres omgivelser og tilpasse sig for at øge deres hastighed.

Deres kombinerede resultater i kræft- og fibroblastceller - den type, der ofte skaber ar i væv - tyder på, at viskositeten af ​​en celles omgivende miljø er en vigtig bidragyder til sygdom og kan hjælpe med at forklare tumorprogression, ardannelse i slimfyldte lunger påvirket af cystisk fibrose og sårhelingsprocessen.

Undersøgelsen, "Membran ruffling er en mekanosensor af ekstracellulær væskeviskositet," offentliggjort i dag i Nature Physics , kaster nyt lys over cellemiljøer, et underudforsket forskningsområde.

"Denne sammenhæng mellem celleviskositet og vedhæftning er aldrig blevet påvist før," siger Sergey Plotnikov, assisterende professor ved Institut for Celle- og Systembiologi ved Fakultet for Kunst og Videnskab ved University of Toronto og en medkorresponderende forfatter til undersøgelsen . "Vi fandt ud af, at jo tykkere det omgivende miljø er, jo stærkere klæber cellerne til underlaget, og jo hurtigere bevæger de sig - ligesom at gå på en iskold overflade med sko, der har pigge, versus sko uden greb overhovedet."

Det er vigtigt at forstå, hvorfor celler opfører sig på denne overraskende måde, fordi kræfttumorer skaber et viskøst miljø, hvilket betyder, at spredningsceller kan bevæge sig ind i tumorer hurtigere end ikke-kræftvæv. Da forskerne observerede, at kræftceller accelererer i et fortykket miljø, konkluderede de, at udviklingen af ​​pjuskede kanter i kræftceller kan bidrage til, at kræft spredes til andre områder af kroppen.

Målretning af spredningsreaktionen i fibroblaster kan på den anden side reducere vævsskader i de slimfyldte lunger, der er påvirket af cystisk fibrose. Fordi pjuskede fibroblaster bevæger sig hurtigt, er de den første type celler, der bevæger sig gennem slimet til såret, hvilket bidrager til ardannelse snarere end heling. Disse resultater kan også betyde, at man ved at ændre viskositeten af ​​lungens slim kan kontrollere cellebevægelsen.

"Ved at vise, hvordan celler reagerer på, hvad der er omkring dem, og ved at beskrive de fysiske egenskaber af dette område, kan vi lære, hvad der påvirker deres adfærd og i sidste ende hvordan man påvirker det," siger Ernest Iu, Ph.D. studerende ved afdelingen for celle- og systembiologi på fakultetet for kunst og naturvidenskab ved University of Toronto og studie medforfatter.

Plotnikov tilføjer:"For eksempel, hvis du for eksempel putter en væske så tyk som honning i et sår, vil cellerne bevæge sig dybere og hurtigere ind i det og derved hele det mere effektivt."

Plotnikov og Iu brugte avancerede mikroskopiteknikker til at måle den trækkraft, som celler udøver for at bevæge sig, og ændringer i strukturelle molekyler inde i cellerne. De sammenlignede kræft- og fibroblastceller, som har krøllede kanter, med celler med glatte kanter. De fandt ud af, at flæsede cellekanter fornemmer det fortykkede miljø, hvilket udløser en reaktion, der gør det muligt for cellen at trække gennem modstanden - flæserne flader ned, spredes ud og låses fast på den omgivende overflade.

Eksperimentet opstod hos Johns Hopkins, hvor Yun Chen, adjunkt i Institut for Maskinteknik og hovedforfatter af undersøgelsen, og Matthew Pittman, Ph.D. studerende og første forfatter, undersøgte først kræftcellernes bevægelse. Pittman skabte en tyktflydende, slimlignende polymeropløsning, afsatte den på forskellige celletyper og så, at kræftceller bevægede sig hurtigere end ikke-kræftceller, når de vandrede gennem den tykke væske. For yderligere at undersøge denne adfærd, samarbejdede Chen med U fra T's Plotnikov, som er specialiseret i skub og træk af cellebevægelser.

Plotnikov var forbløffet over ændringen i hastighed, der gik ind i tyk, slimlignende væske. "Normalt ser vi på langsomme, subtile ændringer under mikroskopet, men vi kunne se cellerne bevæge sig dobbelt så hurtigt i realtid og sprede sig til det dobbelte af deres oprindelige størrelse," siger han.

Typisk afhænger cellebevægelser af myosinproteiner, som hjælper musklerne med at trække sig sammen. Plotnikov og Iu begrundede, at stop af myosin ville forhindre celler i at sprede sig, men blev overraskede, da beviser viste, at cellerne stadig satte fart på trods af denne handling. De fandt i stedet ud af, at søjler af aktinproteinet inde i cellen, som bidrager til muskelsammentrækning, blev mere stabile som reaktion på den tykke væske, hvilket yderligere skubbede kanten af ​​cellen ud.

Holdene undersøger nu, hvordan man kan bremse bevægelsen af ​​pjuskede celler gennem fortykkede miljøer, hvilket kan åbne døren til nye behandlinger for mennesker, der er ramt af kræft og cystisk fibrose. + Udforsk yderligere

Celler bevæger sig ved at kontrollere stivheden af ​​deres naboer