Метод визуализации показывает трёхмерные силы, создаваемые скоплениями клеток

Исследователи разработали новый метод картирования трёхмерных сил, которые скопления человеческих клеток оказывают на своё окружение. Этот подход может помочь учёным лучше понять, как формируются ткани, заживают раны или распространяются опухоли.

Метод использует микроскопию силы тракции (TFM), ранее применявшуюся для изучения сил одиночных клеток. Клетки помещают в биоматериал, имитирующий внеклеточный матрикс, с тысячами флуоресцентных микросфер. Отслеживая движение сфер, можно зафиксировать, как клетки толкают, тянут и скручивают матрикс в трёх измерениях.

Новая задача — применить TFM к многоклеточным кластерам. Для удобной визуализации сложных 3D-данных команда создала метод DART (Displacement Arrays of Rendered Tractions). Он делит объём вокруг кластера на 16 регионов и отображает преобладающие в каждом из них силы в формате, похожем на карту для пешего туризма. Соавтор Мохак Пател также оптимизировал обработку изображений, что позволило одновременно анализировать множество кластеров в 96-луночных планшетах, обеспечив высокую пропускную способность.

Для валидации метода исследователи культивировали кластеры клеток молочной железы. На части кластеров стимулировали эпителиально-мезенхимальный переход (EMT) — процесс превращения компактных эпителиальных клеток в удлинённые и подвижные мезенхимальные. Удалось установить различные "сигнатуры" сил для эпителиальных, мезенхимальных и переходных кластеров и обучить алгоритм машинного обучения их точно идентифицировать.

Техника может найти применение в фундаментальной биологии, исследованиях рака и персонализированной медицине. Её можно использовать для изучения органоидов или скрининга лекарств: выделив клетки из биопсии опухоли пациента, можно культивировать их в планшете и тестировать, как разные препараты влияют на миграцию и деление клеток.