Клетки идут по микроскопическому канату в новом исследовании клеточного поведения

Ученые из Университета Джонса Хопкинса и Технологического университета Виргинии, предложив клеткам микроскопический "канат", обнаружили новую и неожиданную форму клеточного движения.

Обычно, когда ползающие в организме клетки сталкиваются, они разворачиваются и движутся случайным образом от другой клетки. Но когда в трехмерной среде были подвешены нановолокна-"канаты", покрытые белками, клетки либо проходили мимо друг друга, чтобы избежать столкновения, либо формировали "поезд", двигаясь вместе вдоль нановолокна.

Возможность идти по "канату" делала типично хаотично движущиеся клетки гораздо более системными и предсказуемыми. Это новое понимание клеточного движения помогает объяснить, почему некоторые лекарства работают по-разному в тестах в чашках Петри и в организмах людей или животных.

Результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Коктейль из машиностроения, клеточной биологии, физики и вычислительного моделирования выявил ранее неизвестное клеточное поведение", — сказал соавтор Амриндер Наин. "Наше исследование сочетает эксперименты с теоретическими моделями для расширения знаний о миграции клеток in vivo".

Чтобы наблюдать за движением клеток, команда создала искусственную трехмерную сетчатую среду, в которой подвесила крошечное волокно шириной всего 500 нанометров. Они поместили в среду клетки мыши и подождали час, пока клетки закрепятся на волокне. Используя покадровую съемку с интервалами 12 и 24 часа, команда смогла наблюдать движение клеток по импровизированному канату.

Исследователи обнаружили, что столкновения клеток в трехмерной сетке полностью отличаются от столкновений на плоской поверхности. Вместо того чтобы отдаляться друг от друга, клетки, делящие один "канат", без возможности уйти, стремились пройти мимо друг друга.

Но тело человека или животного состоит не из одного волокна. Чтобы исследовать поведение клеток в более естественной среде, команда ввела второе, параллельное волокно. Теперь вместо того чтобы расходиться, клетки оставались вместе, спонтанно формируя "клеточный поезд", движущийся в одном направлении.

Команда смогла воспроизвести это поведение с помощью простой модели, предполагающей, что клетки ползут вдоль волокон и меняют ориентацию при контакте с передней частью другой клетки.

"Нас удивило, что небольшое изменение в среде клетки — переход с одного волокна на два — привело к огромным, драматическим изменениям", — сказал соавтор Брайан Кейми. "Это показывает, как физические изменения в окружении клетки могут изменить ее взаимодействия".

Исследование подчеркивает важность учета среды в будущих исследованиях клеточных взаимодействий. Команда планирует изучить физические и молекулярные основы движения клеток по нановолокнам.

"Ученые часто хотят понять, как лекарства могут изменять клеточные взаимодействия. Важно изучать это в максимально естественной среде, потому что среда играет огромную роль", — сказал Кейми.