Клетки человека демонстрируют поведение при поиске пищи, как амёбы и бактерии
Исследователи из Университета Вандербильта обнаружили, что при движении в организме клетки следуют сложной схеме, аналогичной той, которую используют амёбы и бактерии при поиске пищи.
Это открытие имеет практическую ценность для разработки лекарств. Включение этого базового поведения в компьютерные симуляции биологических процессов, связанных с миграцией клеток (развитие эмбриона, ремоделирование кости, заживление ран, инфекции, рост опухоли), должно повысить точность прогнозов таких моделей об эффективности неиспытанных методов лечения соответствующих расстройств.
Открытие стало неожиданным результатом исследования, в котором проверялась гипотеза о корреляции подвижности (motility) раковых клеток с их агрессивностью. Эта корреляция среди трёх типов раковых клеток оказалась очень слабой, но учёные заметили неожиданно сложный характер их движений.
Их интерес подстегнула статья в журнале Nature (февраль 2008) "Scaling laws of marine predator search behaviour". В ней было показано, что морские хищники (акулы, черепахи, пингвины) используют стратегию поиска, близкую к оптимальному паттерну случайных блужданий — полёту Лéви (Lévy walk). Авторы предположили, что такое поведение распространено у организмов от микробов до человека.
Исследователи предположили, что мигрирующие клетки млекопитающих сталкиваются с задачами, аналогичными поиску пищи одноклеточными организмами. Алка Потдар (ныне постдок в Case Western Reserve University) культивировала клетки трёх линий человеческого маммарного эпителия на пластиковых планшетах и отслеживала их движение в течение двух часов в среде без направленных химических сигналов.
Анализ показал, что все клетки следовали одному паттерну — не полёту Лéви, а близкой к нему бимодальной коррелированной случайной прогулке (bimodal correlated random walk, BCRW). Это двухфазное движение:
- Фаза бега (run phase): клетка движется преимущественно в одном направлении.
- Фаза переориентации (re-orientation phase): клетка остаётся на месте и внутренне реорганизуется, чтобы двигаться в новом направлении.
В последующих исследованиях (готовятся к публикации) учёные обнаружили, что несколько других типов клеток (социальная амёба, нейтрофилы, фибросаркома) также следуют этой схеме в условиях случайной миграции. При добавлении направленного химического сигнала клетки сохраняют тот же базовый паттерн, но изменяют длину "пробежек" и сужают диапазон направлений, что обеспечивает чистое движение в заданном направлении.
Это открытие впервые предоставляет общую основу для анализа способа движения клеток.