Коллаген является наиболее распространенным белком у млекопитающих, составляющим кожу, кости, сухожилия и другие мягкие ткани. Его волокнистая природа помогает клеткам перемещаться по телу, но до сих пор было неясно, как длина волокон влияет на групповое движение клеток.
Амит Патхак, инженер-механик Инженерной школы МакКелви Вашингтонского университета в Сент-Луисе, и его команда обнаружили, что длина коллагеновых волокон в организме может быть ключевым упускаемым из виду параметром, который некоторые нормальные клетки используют для того, чтобы стать инвазивными.. Результаты их исследования были опубликованы 26 сентября в Journal of Cell Science.
Клетки перемещаются, образуя органы во время развития, для заживления ран и когда они метастазируют из раковых опухолей. Как правило, движение клеток замедляется в мягкой среде, как при застревании в грязи, и ускоряется в жесткой среде, как мяч, катящийся по натертому воском полу.
При подготовке к эксперименту с клетками, движущимися в коллагене, Патхак, специализирующийся на механобиологии, и его команда обнаружили, что существующие субстраты не способны поддерживать формирование волокон. Команда создала новые гидрогели с более реалистичной структурой волокон, что позволило им легче изменять длину волокон. Когда они приступили к работе, результаты оказались неожиданными.
«Первое, что мы удивили, это то, что некоторые группы клеток убежали из своей колонии в виде узких ручейков, держась друг за друга», - сказал Патхак.«Мы ожидали, что клетки будут быстрее мигрировать в этом новом жестком субстрате, а затем больше двигаться из своей колонии, как мы видим в организме. Мы видели некоторые из них, но даже в мягких субстратах, где движение должно было быть медленным, движение было быстрым. Они вытекали из колонии эффективнее, чем на жестком субстрате».
Команда исследовала дальше и обнаружила, что более длинные коллагеновые волокна на мягком материале помогают клеткам двигаться из колонии, а также удлиняют клетки, что способствует их коллективной миграции.
«У нас есть это коллективное движение, в то время как длина коллагеновых волокон достаточно удлиняет их, чтобы помочь этому потоку», - сказал Патхак. «Если мы уменьшим длину волокон, они не удлинятся и не мигрируют. С другой стороны, если вы сделаете субстрат более жестким, это нарушит этот хрупкий баланс, сделав их настолько агрессивными, что кооперативность исчезнет».
Исследователи думали, что очень жесткая раковая опухоль станет инвазивной. Однако команда Патака обнаружила, что если структура коллагеновых волокон правильная, то даже мягкая опухоль может стать инвазивной.
«Мы нашли этот хороший баланс в том, что клетки должны иметь некоторую агрессивность, чтобы двигаться наружу, и в то же время они должны оставаться кооперативными», - сказал Патхак. «Иначе без агрессивного движения или сотрудничества коллективный стрим развалится».