Celulele pot face echipă pentru a detecta mult dincolo de împrejurimile lor - o capacitate care ar putea ajuta oamenii de știință să blocheze calea cancerului înainte de a se răspândi.
În acest model, clusterele de celule pot „simți” mai departe de mediul lor înconjurător din corpul uman, acționând ca un colectiv, prezentat aici „întinzându-se” cu roșu indicând distribuția spațială a deformării colagenului peste un strat de țesut rigid. Cercetătorii WashU împărtășesc detalii despre această proprietate emergentă în jurnalul PNAS.
Basmul cu prințesa și bobul de mazăre vorbește despre o tânără regală atât de sensibilă încât putea detecta un mic bob de mazăre ascuns sub multe saltele. În biologie, ceva similar se întâmplă atunci când o celulă simte condiții mult dincolo de ceea ce atinge direct. Până de curând, această abilitate remarcabilă a fost legată mai ales de celule neobișnuite, cum ar fi celulele canceroase.
O nouă cercetare arată că celulele obișnuite pot realiza o performanță similară atunci când lucrează împreună. Inginerii de la Universitatea Washington din St. Louis au raportat descoperirile lor în jurnalul PNAS. Lucrarea lor aruncă lumină asupra modului în care celulele detectează și răspund la mediul lor dincolo de suprafața de care se atașează. Înțelegerea acestui proces ar putea ajuta oamenii de știință să afle mai multe despre modul în care celulele canceroase se deplasează prin corp și ar putea dezvălui noi modalități de a încetini sau preveni această răspândire.
Mecanica detectării celulelor pe rază lungă Amit Pathak, profesor de inginerie mecanică și știința materialelor la McKelvey School of Engineering, studiază modul în care celulele interacționează cu proprietățile fizice ale mediului lor înconjurător. El a explicat că „detectarea mecano-senzorială a adâncimii” descrie procesul care permite celulelor să detecteze caracteristici dincolo de suprafața de care sunt atașate.
În studii anterioare, Pathak și colegii săi au descoperit că celulele anormale cu o „polaritate față-spate ridicată” (indicativă a celulelor migratoare) au o capacitate deosebit de puternică de a-și simți mediul. Aceste celule pot detecta indicii fizice până la 10 microni dincolo de zona unde sunt atașate. Această capacitate de detectare se bazează parțial pe modul în care o celulă trage și remodelează colagenul fibros din jurul său.
Prin deformarea acestor fibre, celula își extinde raza de acțiune în matricea extracelulară (ECM) și poate „simți” ce se află în stratul următor. Acel strat următor ar putea fi ceva rigid, cum ar fi o tumoare, țesut mai moale sau chiar os în apropiere. Prin detectarea rigidității ECM, o singură celulă anormală poate determina direcția în care ar trebui să se deplaseze.
Forțele colective ale celulelor extind raza de detectare Noua cercetare arată că grupuri de celule epiteliale, care formează suprafețele multor țesuturi, pot obține o rază de detectare și mai mare. Când aceste celule acționează împreună, ele generează suficientă forță pentru a sonda prin colagenul fibros și a detecta straturi aflate până la 100 de microni distanță.
„Deoarece este un colectiv de celule, ele generează forțe mai mari”, a spus Pathak, care a efectuat cercetarea cu studentul doctorand Hongsheng Yu. Modelele computerizate sugerează că acest proces se desfășoară în două etape, pe măsură ce celulele se grupează și încep să migreze. În timpul acestor faze, informațiile pe care le adună celulele despre mediul lor influențează modul în care se deplasează și se răspândesc.
Implicații pentru înțelegerea răspândirii cancerului Celulele canceroase par să beneficieze de această capacitate de detectare îmbunătățită. Capacitatea lor de a detecta ce se află în față le ajută să scape din mediul tumoral și să se deplaseze prin țesutul înconjurător, evitând în același timp detectarea. Această abilitate le permite să migreze mai ușor, chiar și în medii mai moi.
Cercetătorii doresc acum să determine exact modul în care este controlată această rază de detectare și dacă anumiți regulatori determină cât de departe celulele își pot detecta împrejurimile. Identificarea acelor regulatori ar putea deschide ușa unor noi tratamente pentru cancer. Dacă oamenii de știință pot perturba capacitatea unei celule canceroase de a „simți” calea înainte, ar putea limita cât de departe se răspândește boala.