Как клетки тела двигаются в ткани: новая математическая модель

Новая математическая модель объясняет, как клетки тела приобретают свою форму и что заставляет их двигаться внутри ткани. Модель, разработанная профессором Роэландом Мерксом и его бывшим аспирантом Лисанн Ренс, даёт фундаментальные знания для применения в тканевой инженерии и других областях. Публикация в открытом журнале iScience.

Предыдущие модели объясняли либо конкретную форму, либо движение клетки, но не оба явления вместе. Новая модель может объяснить различные феномены механического взаимодействия между клетками и их окружением. Это поведение важно для тканевой инженерии и играет роль в таких заболеваниях, как рак и цирроз печени.

Форма зависит от жёсткости

Клетки тканей находятся во внеклеточном матриксе (ECM), который придаёт тканям форму и плотность. Механические силы между ECM и клетками определяют их форму:

• На мягкой поверхности клетки часто маленькие и круглые.
• На жёсткой поверхности клетки распластываются, как блин.
• На поверхности средней жёсткости клетки становятся вытянутыми.

Эффект жёсткости субстрата на форму клетки объясняется взаимодействием трёх факторов: сил, которые клетки оказывают на окружение; податливости окружения этим силам; и реакции фокальных адгезий ("ног" клетки), которые укрепляются под действием силы.

Движение к жёсткости

"Ноги" клеток лучше держатся на жёсткой поверхности. Эта степень сцепления играет роль и в движении клеток. Фокальные адгезии слегка прочнее связываются с более жёсткой стороной матрикса, чем с более мягкой. Поскольку клетки постоянно отрываются от субстрата и образуют новые связи, более прочные связи на жёсткой стороне сохраняются дольше. Таким образом, клетка постепенно движется в сторону большей жёсткости.

Модель даёт фундаментальные знания о поведении клеток в тканях, важные для тканевой инженерии, понимания роста кровеносных сосудов и распространения опухолевых клеток.