Wenden Sie sich den Gesetzen der Physik zu, um zu untersuchen, wie sich Zellen bewegen

Wissenschaftler beschäftigen sich seit langem damit, zu verstehen, wie sich Zellen bewegen, beispielsweise um neue Wege zu finden, um die Ausbreitung von Krebs zu kontrollieren. Das Gebiet der Biologie beleuchtet weiterhin die unendlich komplexen Prozesse, durch die Ansammlungen von Zellen entlang biochemischer Wege kommunizieren, sich anpassen und organisieren.

In Bezug auf die Gesetze der Physik haben Forscher des Yale Systems Biology Institute einen neuen Blick darauf geworfen, wie sich Zellen bewegen, und Ähnlichkeiten zwischen dem Verhalten von Zellgewebe und den einfachsten Wassertröpfchen aufgedeckt.

„Wir nehmen eine andere Perspektive ein, wie die Zellbewegung durch die Eigenschaften des Gewebes bestimmt wird, in dem sie sich befinden, als wie sie individuell agieren“, sagte Michael Murrell, außerordentlicher Professor für Biomedizinische Technik und Physik und leitender Autor einer Reihe von beschreibenden Artikeln die Arbeit.

Veröffentlicht in Briefe zur körperlichen Überprüfungverwendeten die ersten Experimente der Gruppe mechanische Techniken, um die Oberflächenspannung einer einfachen „Kugel“ aus Zellgewebe zu messen, um Ähnlichkeiten mit den thermodynamischen Eigenschaften von Wassertröpfchen aufzudecken, jedoch mit merklichen Unterschieden.

„Bei einem Wassertropfen ist die Oberflächenspannung konstant und ändert sich nicht mit der Tropfengröße“, sagte Murrell. Die Wissenschaftler fanden jedoch heraus, dass die Oberflächenspannung im Fall eines „Tröpfchens“ von Krebszellen größenabhängig war – je kleiner das Gewebe, desto höher die Oberflächenspannung und desto höher der Druck innerhalb des Gewebes.

Als nächstes wendete das Team einen Oberflächenspannungsgradienten an, um zu zeigen, dass sich die Zellen innerhalb des Gewebes schnell und kollektiv bewegten, ähnlich wie sich die Wasseroberfläche bewegt, wenn ein Reinigungsmittel hinzugefügt wird. Ihre Ergebnisse wurden in veröffentlicht Flüssigkeiten zur körperlichen Überprüfung.

Dieser sogenannte „Marangoni“-Effekt tritt auf, wenn die Kräfte an der Oberfläche eines Gewebes die Bewegung der Zellen im Inneren antreiben.

Um das Puzzle zu vervollständigen, ließen die Wissenschaftler das Gewebe an einer Oberfläche haften und ahmten so die Art und Weise nach, wie ein Tumor wächst und sich ausbreitet. Zellen tauchten aus dem Gewebeknäuel auf wie Wassertröpfchen, die eine aufnahmefähige – oder hydrophile – Oberfläche „benetzen“. Unter bestimmten Bedingungen erhöhte die Benetzung den Innendruck des Gewebes und half dabei, Zellen herauszudrücken.

Heute erschienen in Körperliche Überprüfung Xwerfen diese Ergebnisse ein neues Licht auf das Ausmaß, in dem Zellen „wandern“ oder ob der Druck der Oberflächenspannung die Zellbewegung fördert.

„Wenn Sie an irgendetwas denken, das fließt, denken wir normalerweise an einen Druckgradienten“, sagte Vikrant Yadav, ein Forscher im Murrell Lab und Co-Erstautor aller drei Studien. „Was wir hier zeigen, ist, dass die Masseneigenschaften von Gewebe, einschließlich der Oberflächenspannung und des Drucks, eine Rolle spielen, wenn es um die Fähigkeit von Zellen geht, aus einem Modelltumor herauszuwandern.“