Клетки, составляющие ткань, могут упаковываться в беспорядочную геометрию, как песчинки в замке из песка. При этом они могут застыть в фиксированной форме - как в замке из песка - или течь, как песок, высыпанный из пляжного ведра. Об этом сообщили исследователи из Гарвардского университета Т. Х. Школа общественного здравоохранения Чана, Северо-Восточный университет и Массачусетский технологический институт дают представление о формировании органов у эмбриона, заживлении ран и даже инвазии клеток в окружающие ткани, как это происходит при раке.
«Это открытие устанавливает глубокую связь между физикой инертного гранулированного вещества, такого как песок, и геометрией многоклеточных живых систем», - сказал ведущий автор Лиор Атиа, научный сотрудник в лаборатории Джеффри Фредберга, профессора биоинженерии. и физиология в Гарвардской школе Чана. «Благодаря природе того, как клетка приютилась среди своих непосредственных соседей, ученый теперь может смотреть на форму клеток и делать разумные предположения о том, почему и как быстро эти клетки будут мигрировать, реконструироваться или проникать в окружающие ткани».
Исследование опубликовано в сети 2 апреля 2018 г. в журнале Nature Physics.
Предыдущая работа Фредберга и его коллег задокументировала важность коллективного клеточного поведения при астме, показав, что клетки, составляющие эпителиальные ткани, которые выстилают поверхности всех органов по всему телу, могут размыкаться и течь подобно жидкости или застревать. и застыть, как твердое тело.
В новом исследовании исследователи изучили роль формы клеток в двух совершенно разных типах эпителиальных клеток - эпителиальных клетках бронхов человека, выращенных в лаборатории, и клетках живого эмбриона плодовой мушки - и наблюдали их как они повзрослели со временем.
По мере того, как клетки блокировались или освобождались, формы клеток систематически менялись в обеих системах, что указывает на общую физическую основу. Формы клеток постепенно становились менее вытянутыми и менее изменчивыми по мере их застревания и более вытянутыми и более изменчивыми по мере их расщепления. Подобно инертному зернистому веществу, эти клетки взаимодействовали со своими ближайшими соседями, образуя «беспорядочный коллектив», который переходил между твердым и жидким состояниями.
По мнению исследователей, эти данные свидетельствуют о том, что различия в форме от клетки к клетке в ткани являются ключом к их способности защемлять и распутывать, и что этот процесс, по-видимому, управляет биологическими событиями, включая эмбриональное развитие, ранение заживление и, возможно, инвазию раковых клеток.
Это понимание поведения клеток может помочь исследователям лучше понять заклинивание и устранение заклинивания клеток, что может привести к потенциальным методам лечения таких состояний, как аномалии развития, астма и рак.