Выявлено сходство между поведением клеточной ткани и простейших капель воды
Ученые уже давно пытаются понять, как движутся клетки, например, в поисках новых способов контроля распространения рака. Область биологии продолжает освещать бесконечно сложные процессы, с помощью которых наборы клеток общаются, адаптируются и организуются по биохимическим путям. Обратившись к законам физики, исследователи из Йельского института системной биологии по-новому взглянули на то, как движутся клетки, выявив сходство между поведением клеточной ткани и простейших капель воды.
«Мы придерживаемся другого взгляда на то, как движение клеток определяется свойствами тканей, в которых они находятся, а не тем, как они действуют по отдельности», — сказал Майкл Мюррелл, доцент кафедры биомедицинской инженерии и физики и старший автор серии статей, описывающих работа.
Опубликованные в Physical Review Letters, в первоначальных экспериментах группы использовались механические методы измерения поверхностного натяжения простого «шарика» клеточной ткани, чтобы выявить сходство с термодинамическими свойствами капель воды, но с заметными различиями.
«С каплей воды поверхностное натяжение постоянно и не меняется в зависимости от размера капли», — сказал Мюррелл. Однако ученые обнаружили, что в случае «капли» раковых клеток поверхностное натяжение зависело от размера: чем меньше ткань, тем выше поверхностное натяжение и выше давление внутри ткани.
Затем команда применила градиент поверхностного натяжения, чтобы показать, что клетки внутри ткани двигаются быстро и коллективно, подобно тому, как движется поверхность воды при добавлении моющего средства. Их выводы были опубликованы в журнале Physical Review Fluids.
Этот так называемый эффект «Марангони» возникает, когда силы на поверхности ткани вызывают движение клеток внутри.
Чтобы решить головоломку, ученые позволили ткани прилипнуть к поверхности, имитируя рост и распространение опухоли. Клетки появлялись из шара ткани подобно каплям воды, «смачивающим» восприимчивую или гидрофильную поверхность. В некоторых условиях смачивание увеличивало внутреннее давление ткани, помогая вытолкнуть клетки наружу.
Опубликованные сегодня в журнале Physical Review X эти результаты проливают новый свет на степень «миграции» клеток и на то, способствует ли движению клеток давление поверхностного натяжения.
«Когда вы думаете о чем-то, что течет, мы обычно думаем о градиенте давления », — сказал Викрант Ядав, научный сотрудник лаборатории Муррелла и соавтор всех трех исследований. «Здесь мы показываем, что объемные свойства ткани, включая поверхностное натяжение и давление, имеют значение, когда речь идет о способности клеток мигрировать из модельной опухоли».
