Новое движение: клетки взаимодействуют иначе, чем считали учёные
Новое исследование показывает, что клетки двигаются и взаимодействуют друг с другом способом, противоположным общепринятым научным представлениям.
Исследование, опубликованное в Journal of the Royal Society Interface, демонстрирует, что движение клеток фактически усиливается при увеличении количества окружающих клеток.
«Мы были весьма удивлены», — заявил Алекс Браунинг, аспирант Центра передового опыта ARC по математическим и статистическим границам (ACEMS) в QUT и ведущий автор исследования.
Проектом руководил профессор математики QUT Мэтью Симпсон.
«Учёные в прошлом думали о клетках, как о людях. Чем больше у тебя пространства, тем легче двигаться. Оказывается, всё сложнее. Им нужно больше клеток, чтобы начать движение», — пояснил профессор Симпсон.
Мотивацией для исследования стала проверка новых математических моделей, недавно разработанных командой. Оказалось, они идеально подходят для изучения экспериментов в клеточной биологии.
Такие эксперименты обычно используются в качестве скрининговых инструментов для понимания потенциальных методов лекарственного лечения или различных физических воздействий, например, разных покрытий поверхности.
Команда применила продвинутое математическое моделирование и статистический анализ к распространённому биологическому эксперименту, известному как «scratch assay». Клетки помещают в лунку, затем делают царапину, создавая большую пустую область, которая разделяет клетки.
Учёные наблюдают, как популяция клеток растёт и двигается, чтобы заполнить это пространство. В данном исследовании команда использовала клетки рака простаты.
Удивительно, но типичные экспериментальные протоколы не предусматривают изменения начальной плотности клеток или их исходного количества.
«Мы хотели изучить, как плотность клеток влияет на динамику эксперимента, количественно оценив это. Наши математические и статистические методы позволили нам определить природу взаимодействий между клетками в экспериментах, которые могут приводить к поведению, зависящему от плотности», — сказал г-н Браунинг.
Другой вопрос заключается в том, что клеточные биологи и математики всегда предполагали, что движение клеток, или подвижность, не зависит от плотности и не подвержено влиянию межклеточных взаимодействий.
«Наши результаты показали обратное тому, что всегда предполагалось. Оказывается, среда с более высокой плотностью, где больше межклеточных взаимодействий, фактически увеличивает движение клеток», — заявил г-н Браунинг.
Математический биолог QUT, д-р Ван Джин, соавтор исследования, назвал результаты значимыми.
«Биологи проводят всевозможные in vitro эксперименты, где они выращивают клетки в лаборатории. Но не существует стандартного протокола, который бы указывал им, сколько клеток следует поместить в лунку для проведения эксперимента. Наши результаты показывают, что количество используемых клеток имеет значение», — сказал он.
Профессор Симпсон отметил, что это также имеет значение для математиков.
«Люди часто не меняют условия. Самое простое, что мы сделали здесь, — это изменили исходное количество клеток», — сказал профессор Симпсон.
«Изменяя некоторые из самых фундаментальных особенностей этих экспериментов, которые настолько базовы, что их никто не ставит под сомнение, мы на самом деле узнаём очень многое».