Рост клеточных колоний подавляет их подвижность
Взаимодействие между ростом и активной миграцией клеток играет ключевую роль в пространственном перемешивании растущих клеточных колоний. Эту связь обнаружили учёные из отдела физики живой материи Института динамики и самоорганизации им. Макса Планка (MPI-DS). Их результаты, опубликованные в Communications Physics, предлагают новые подходы к пониманию динамики бактериальных колоний и опухолей.
Исследователи смоделировали этот сценарий в минималистичной компьютерной модели растущей трёхмерной клеточной колонии, наделив клетки определённой силой для активного движения (мотильностью). В симуляциях они обнаружили, что более частые деления клеток и, следовательно, более быстрый рост могут ограничивать движение клеток, что приводит к меньшему перемешиванию колонии.
«К удивлению, мы обнаружили, что существует относительно резкий порог мотильности, до которого рост колонии почти полностью подавляет миграцию клеток», — говорит Торбен Зункель, первый автор исследования. Клетки начинают перемещаться по ткани, только когда превышено определённое соотношение мотильности к скорости роста.
«Но в нашей модели переход возникает сам по себе, чисто из механических взаимодействий — яркий пример коллективного поведения, возникающего из взаимодействия множества отдельных частей», — подчёркивает Филипп Биттин, старший автор исследования.
Причина такого поведения двусторонняя:
- Деление клеток и рост вызывают нехватку пространства внутри колонии, что напрямую препятствует движению через механические контакты.
- Быстрое пространственное расширение колонии означает, что клеткам приходится преодолевать большее расстояние, что делает любое существующее движение менее эффективным.
Исследование может дать новые отправные точки для экспериментальных и медицинских исследований — например, в изучении бактериальных колоний, процессов заживления ран, тканевой инженерии или онкологии.