Исследование клеточной коммуникации
Клетки общаются друг с другом, используя волны в качестве общего языка. Они сообщают, куда и когда двигаться, делятся информацией и работают сообща. Междисциплинарная команда исследователей из Института науки и технологий Австрии (ISTA) и Национального университета Сингапура (NUS) изучила этот процесс, что важно для будущих проектов, например, в заживлении ран.
Профессор ISTA Эдуар Ханнецо использует теоретические компьютерные модели для понимания физических принципов в биологических системах. Его последняя работа, опубликованная в журнале PRX Life, дает новое представление о том, как клетки движутся и общаются внутри живой ткани.
Клетки общаются волнами
В монослое клетки в чашке Петри не просто неподвижны — они движутся, вращаются и демонстрируют хаотичное поведение. Подобно плотной толпе, если одна клетка тянет в одну сторону, другая чувствует это действие и может среагировать, двигаясь в том же направлении или в противоположном. Информация распространяется волнами, видимыми под микроскопом.
«Клетки чувствуют не только механические силы, но и свою химическую среду, — объясняет Ханнецо. — Их коммуникация — это взаимодействие биохимической активности, физического поведения и движения».
Прогнозирование паттернов движения
Ученые создали новую теоретическую модель, которая учитывает подвижность клеток и материальные свойства ткани. С её помощью они выяснили, как клетки общаются механически и химически, и как движутся. Модель позволила воспроизвести явления, наблюдаемые в чашках Петри, подтвердив теоретическое объяснение клеточной коммуникации на основе физических законов.
Проверка теории
Для экспериментальной проверки модели использовали 2D-монослои клеток MDCK (клетки почки млекопитающих) — классическую in vitro-модель для таких исследований.
«Если мы ингибировали химический сигнальный путь, который позволяет клеткам чувствовать и генерировать силы, клетки переставали двигаться, и коммуникационные волны не распространялись», — говорит Ханнецо. Модель позволяет изменять разные компоненты сложной системы и определять, как адаптируется динамика ткани.
Что дальше?
Клеточная ткань в некоторой степени напоминает жидкие кристаллы: она течет как жидкость, но упорядочена как кристалл. «В частности, поведение биологической ткани, подобное жидкому кристаллу, изучалось независимо от механохимических волн», — отмечает Дэниел Букок.
Одно из возможных будущих направлений — расширение модели до 3D-тканей или монослоев сложной формы, как в живых организмах. Исследователи также начали оптимизировать модель для заживления ран. В компьютерных симуляциях там, где параметры улучшали поток информации, заживление ускорялось.
«Что действительно интересно, так это то, насколько хорошо наша модель будет работать для заживления ран в клетках внутри живых организмов», — заключает Ханнецо.