Ny forståelse af, hvordan celler danner tunneler, kan hjælpe med at behandle sår, tumorer

En simpel skive af fingeren sender en kompleks række af interaktioner mellem typer af celler i bevægelse. Især to typer celler, kaldet makrofager og fibroblaster, arbejde sammen om at rense og reparere de fibre, der er ødelagt af snittet.

Mens de gør det, de påvirker hinanden, de påvirker det mikroskopiske miljø omkring dem, og de er påvirket af den reaktion – alt sammen i den stille stræben efter at hele såret.

Men lidt er kendt om disse miljøer, og hvordan makrofager og fibroblaster hjælper eller hæmmer hinanden, når de bevæger sig gennem et fibrøst og indbyrdes forbundne vævsmiljø. Forskere ved Virginia Tech offentliggjorde for nylig en undersøgelse, der beskriver tidligere ukendte forbindelser og påvirkninger mellem disse celler og deres miljøer - et fremskridt, der kan hjælpe med udviklingen af ​​biomedicinske anordninger, der reagerer mere effektivt på sår eller tumorer.

"Et vigtigt aspekt af vores forskning er, at det bare virkelig illustrerer, hvor komplekse alle disse forskellige komponenter foregår inde i en persons krop, " sagde Andrew Ford, en ph.d. studerende i kemiteknik og førsteforfatter på papiret.

Indsigten opnået af holdets forskning kunne guide udformningen af ​​biomedicinske løsninger til at angribe tumorer eller behandle sår hurtigere ved at manipulere miljøet af makrofager og fibroblaster.

Mens applikationer allerede udforskes ved hjælp af disse ideer, den nyligt offentliggjorte forskning giver validering foruden et nærmere kig på interaktionerne mellem cellerne og variablerne i deres miljø.

Makrofager og fibroblaster findes i menneskers bindevæv, som findes under det yderste hudlag. Dette bindevæv danner et rum, den ekstracellulære matrix, som giver strukturel støtte til andre væv i kroppen.

Inden for denne matrix, fibroblasterne eksisterer for at udskille proteiner, der opbygger og reparerer bindevævet eller bryder matricerne fra hinanden for at hjælpe med at opløse proteiner og muliggøre bevægelse. Makrofager, imidlertid, tendens til at gå til angreb mod materiale, der er fremmed eller ser ud til at være det forkerte sted.

Når man arbejder sammen, fibroblaster dannes lange, 3-D tunneler, som så bruges af makrofager til at bevæge sig.

I tilfælde af et sår eller et snit i fingeren, makrofager aktiveres og går i offensiven, sluger vævene, der er forskudt fra snittet. I mellemtiden fibroblasterne arbejder hurtigt på at udskille protein og reparere det beskadigede område.

I fravær af fibroblaster, forskerne fandt ud af, at makrofager ikke var i stand til at bevæge sig, når det fibrøse miljø var meget tæt forbundet. Når man arbejder i forholdsvis løsere fibre, fibroblasterne justerede fibrene på en måde, der producerede spor, som makrofagerne kunne følge.

"Denne undersøgelse giver en grundlæggende forståelse af, hvordan disse to celletyper arbejder med hver for at bevæge sig i en sammenkoblet vævsstruktur, " sagde Padma Rajagopalan, Robert E. Hord Jr. professor i kemiteknik og programdirektør for Interdisciplinary Graduate Education Program on Computational Tissue Engineering.

Fibroblaster brugte kemiske og mekaniske processer til at danne tunneler og justere fibre. I deres undersøgelse, forskerne viste, at kemiske processer kan have spillet en mere væsentlig rolle i dannelsen af ​​tunneler end mekaniske processer.

Begge celler arbejdede sammen for at fjerne snavs, der stammede fra tunneldannelsen, viser en koordination mellem disse to celler, når de bevæger sig i en vævslignende struktur. Sammen, de to celler, styret af de ekstracellulære matrixforhold, de eksisterer i, kan enten hjælpe eller hæmme hinanden.

"Det er hele denne kaskadende cyklus, " sagde Ford.

Manipulationen af ​​miljøet omkring disse celler kan føre til gennembrud i behandlinger af sår og tumorer - især tumorer i lunge- og brystvæv, som mest ligner fiberforholdene i forsøgsopstillingen.