Клетки «стайно» движутся для заживления ран: анализ физики кооперации эпителиальных клеток

Исследователи обнаружили, что клетки кожи координируют свои движения, подобно стаям птиц, чтобы эффективно закрывать раны. Раньше считалось, что активно двигаются только клетки на краю раны, а остальные пассивно заполняют пространство. Однако новое исследование показывает, что процесс гораздо эффективнее, если высокоактивные клетки во всей области раны прикладывают силу, «тяня» за собой соседей.

Физик Герберт Левин из Университета Райса и его коллеги создали компьютерную модель для анализа двумерной физики эпителиальных пластов. Работа, опубликованная в Proceedings of the National Academy of Science, была мотивирована недавним экспериментом Гарварда, который показал, что даже клетки в центре пласта активно формируют «головы» и «хвосты» и движутся, а не пассивно переносятся.

Ключевые моменты модели:

• Физика vs. Биология: Цель — выяснить, как далеко можно продвинуться, предполагая, что все клетки следуют одинаковым физическим правилам взаимодействия, без сложных сигнальных сетей.
• Принцип «стаи»: Клетки, подобно птицам, согласовывают направление движения, ориентируясь на соседей. Они «видят» соседей через липкие контакты и ламеллоподии («клеточные ноги»), которые тянут и толкают друг друга.
• Результаты моделирования: В центре неповреждённого пласта клетки движутся хаотично, образуя завихрения. При появлении «раны» завихрения исчезают, и клетки синхронизируют направление и скорость, двигаясь к общей цели. Клетки на краю сразу «знают» куда двигаться, а остальные учатся у них.
• Важное наблюдение: В модели более «липкие» клетки формируют на переднем крае пальцевидные выступы, что часто наблюдается в реальных экспериментах.

Модель — это первый шаг. Левин признаёт, что в ней опущены многие биологические факторы, и она не объяснит все эксперименты. Однако она задаёт физический базис для понимания коллективного движения клеток. В долгосрочной перспективе это исследование может дать новое понимание не только заживления ран, но и метастатического распространения раковых клеток, например, при раке молочной железы.