Эукариотические клетки, то есть клетки с ядром, обладают поразительной способностью радикально менять свою форму и цитоскелет, что позволяет им мигрировать через крошечные поры и сужения, даже меньшие, чем их ядерный диаметр. Однако как именно клеточное ядро ​​меняет форму в ответ на окружающие структуры и какие физические механизмы стоят за этой деформацией, оставалось неясным.

Исследовательская группа профессора LMU Йоахима Рэдлера с кафедры экспериментальной физики изучает самоорганизацию и динамику живых клеток. В исследовании , опубликованном в Science Advances , группа проанализировала характеристики клеток, проходящих через ограниченные пространства.

«Клетки — это активные системы с упругими свойствами », — объясняет Рэдлер, который хочет понять, что определяет их индивидуальную форму, скорость и решения об ориентации. С этой целью он и его команда используют синтетические микроструктуры в качестве платформ для исследования движения клеток и локальных сил.

«В этой контролируемой среде мы используем сканирующую покадровую микроскопию для наблюдения за большим количеством отдельных клеток, которые движутся через материал», — говорит Рэдлер. Движение клеток анализируется с помощью моделей, основанных на данных, от группы профессора Чейза Бродерса (VU Amsterdam).

Таким образом, исследователи изучили механику и динамику ядер раковых клеток, которые мигрировали через деформируемые каналы 3D-гидрогеля. «Используя конфокальную визуализацию и смещение гранул гидрогеля, мы смогли отследить деформацию ядер и соответствующие силы во время миграции через заданные сужения», — говорит докторант и ведущий автор исследования Стефан Штёберль.

Наблюдения показали, что ядро ​​обратимо деформируется с уменьшением объема во время удержания.

Кроме того, исследователи обнаружили, что по мере уменьшения ширины канала форма ядра изменяется в двух фазах во время миграции. Они обнаружили двухфазную зависимость скорости миграции и частоты перехода от ширины канала, обнаружив максимальные скорости перехода при ширинах, сопоставимых с диаметром ядра.

« Предлагаемая нами физическая модель объясняет наблюдаемые формы ядер и переходную динамику с точки зрения генерации цитоскелетной силы, которая адаптируется от механизма, в котором преобладает тяга, к механизму, в котором преобладает тяга, с увеличением ядерного ограничения», — говорит Рэдлер.

Вооружившись этими знаниями, исследователи теперь могут помочь идентифицировать элементы цитоскелета, которые имеют отношение к вторжению раковых клеток.