Передача силы между клетками управляет их коллективным движением

Клетки воздействуют силой на своё окружение, чтобы двигаться, и таким образом общаются. Они работают группой для инфильтрации среды, заживления ран и т.д. Они чувствуют жёсткость или мягкость окружения, что помогает им соединяться и организовывать коллективные усилия. Нарушение связи между клетками может создать ситуацию, подобную началу рака.

Доцент Амин Дустмохаммади из Института Нильса Бора (Копенгагенский университет) исследовал механику движения и связи клеток в междисциплинарном проекте, используя компьютерное моделирование и биологические эксперименты. Результаты опубликованы в Nature Materials.

Сила окружающей ткани диктует поведение клеток

Отдельные клетки имеют сократительный режим движения: они тянут поверхность, чтобы продвинуться вперёд. Однако клетки, выстилающие полости и поверхности тела (например, сосуды или органы), способны генерировать растягивающие силы. Они растягиваются, а не сокращаются, и образуют прочные связи с соседями. Сократительные клетки могут переключаться на растягивающий режим при контакте с соседями. Например, чувствуя пустоту (как при ранении), они ослабляют межклеточные связи, становятся более индивидуальными, а при заживлении снова образуют прочные связи, становясь растягивающими и «закрывая» разрыв.

Ослабление клеточных связей может быть признаком начала рака

Клетки соединяются с соседями через адгезивные контакты, связывая свои цитоскелеты и становясь способными передавать силу. «Мы спросили, что будет, если запретить клеткам создавать эту прочную связь. Оказалось, что растягивающиеся, сильно связанные клетки превращаются в сократительные клетки со слабыми связями. Это важно, потому что потеря такого контакта — признак начала рака. Клетки, теряющие связь, начинают вести себя более индивидуально и могут инфильтрировать окружение. Этот процесс также происходит при развитии эмбриона, но ключевое отличие в том, что здоровые клетки после достижения цели (например, формирования органа) возвращаются в исходную форму. Раковые клетки — нет. Они идут по одностороннему пути», — говорит Амин Дустмохаммади.

Основное действие и реакция клеток определяются окружением и общением

То, как клетки «решают» переходить из одной формы в другую, — сложная смесь реакции на среду, изменения её химического состава, механической жёсткости или мягкости ткани, и в процессе задействовано множество белков. Ключевой вывод этого исследования: эта реакция на окружение постоянно меняется. Существует постоянный диалог между клеткой и окружением и между клетками, и это определяет действия и реакции клеток.

Могут ли методы лечения рака быть связаны с этим новым пониманием механики клеток?

«Мы всегда должны быть осторожны, говоря о такой серьёзной и сложной болезни, как рак, — говорит Амин Дустмохаммади. — Но мы можем сказать, что это исследование приближает нас на шаг к пониманию базовой механики поведения клеток при переходе от нормального к агрессивному, раковому типу. Один из важных вопросов, который поднимает это исследование: можем ли мы воздействовать на механику клеток с помощью какой-либо терапии или лечения, вместо того чтобы воздействовать на ДНК или химический состав самих клеток? Можем ли мы воздействовать на среду, а не на клетки? Это фундаментальное исследование, связывающее физику и биологию, в механику поведения клеток, основанную на их восприятии и реакции на окружение и координации усилий. Наше улучшенное понимание этого вполне может привести к новым методам лечения, и уже проводятся предварительные испытания».