Исследование показывает: движение клеток управляется самоорганизованными процессами

Исследователь UPV/EHU Ильдефонсо Мартинес де ла Фуэнте провёл исчерпывающий анализ траекторий движения 700 отдельных клеток, используя передовые научные методы, и показал, что их перемещения зависят от совместного, самоорганизованного действия практически всех физиологических процессов, составляющих клетку.

Это междисциплинарное исследование, в котором участвовали различные департаменты UPV/EHU, впервые продемонстрировало, что движение клетки направляется и регулируется фундаментальным самоорганизованным процессом, возникающим спонтанно во всех живых клетках.

По словам исследователя, "Эти самоорганизованные молекулярные механизмы заставляют различные биохимико-метаболические процессы в клетке формировать функциональную единицу, полностью интегрированную как единое целое, превращая тысячи физиологических процессов в единую сущность".

"Это фундаментальная сила, вызывающая появление интегрированного поведения в клетке, которую можно сравнить с самоорганизованным движением тысяч скворцов, формирующих высокоупорядоченные, скоординированные структуры при миграции, или даже со способностью муравьев строить муравейник через самоорганизованное коллективное поведение".

Автор подчёркивает, что ранее научно не признавалось, что двигательные перемещения клетки управляются системными, саморегулирующимися процессами, действующими на глобальном уровне клетки.

"Это научное открытие добавляет новую перспективу в понимание самой концепции клетки и её функциональных возможностей. Сочетание исследований миграции клеток с системной точки зрения вместе с классическими молекулярными исследованиями может иметь решающее значение для разработки нового поколения эффективных терапий для состояний, связанных с заболеваниями, вызванными дефицитной миграцией клеток".

Исследование опубликовано в журнале PNAS Nexus.

Сочетание экспериментальных данных с количественным анализом

Движение клеток — ключевой процесс, фундаментальный для развития и оптимального функционирования человеческого организма. Клетки двигаются при эмбриональном развитии организма, заживлении раны или во время метастазирования.

Ошибки при плохом контроле движения клеток могут иметь серьёзные последствия при тяжёлых заболеваниях, таких как болезнь Крона, некоторые врождённые нарушения мозга и различные иммунологические или сосудистые патологии.

На протяжении десятилетий научная работа позволила идентифицировать различные локальные механизмы, вовлечённые в движение клеток, но, несмотря на эти усилия, основной вопрос остаётся без ответа: как клетки контролируют и управляют своими движениями.

"Обнаружение молекулярных сил, направляющих миграцию клеток, представляет собой научную задачу огромной сложности, поскольку, помимо создания специальных сложных лабораторных устройств, разработанных специально для этого исследования, необходимо было использовать междисциплинарные методы, позволяющие сочетать экспериментальные исследования с передовыми количественными методами".

"Мы изучили характеристики движения 700 клеток, используя методы, обычно применяемые в статистической механике — фундаментальной части физики. Два из использованных методов были разработаны лауреатом Нобелевской премии Альбертом Эйнштейном. Кроме того, в этой работе мы использовали принципы диссипативной самоорганизации — когерентно организованных структур, — разработанные лауреатом Нобелевской премии Ильёй Пригожиным".