Исследователи из Университета Торонто, Университета Джона Хопкинса и Университета Вандербильта обнаружили, что некоторые клетки двигаются на удивление быстрее в более густой жидкости — например, мед, а не вода, или слизь, а не кровь, — потому что их взъерошенные края чувствуют вязкость окружающей среды и адаптироваться к увеличению их скорости.
Их комбинированные результаты в раковых и фибробластных клетках — типе, который часто создает рубцы в тканях — предполагают, что вязкость окружающей клетки среды является важным фактором заболевания, и могут помочь объяснить прогрессирование опухоли, рубцевание в заполненных слизью легких, пораженных кистозными фиброз и процесс заживления раны.
Исследование «Взрывы мембран — механосенсор вязкости внеклеточной жидкости», опубликованное сегодня в журнале Nature Physics , проливает новый свет на клеточную среду — малоизученную область исследований.
«Эта связь между вязкостью клеток и прикреплением никогда ранее не демонстрировалась», — говорит Сергей Плотников, доцент кафедры клеточной и системной биологии факультета искусств и наук Университета Торонто и соавтор исследования. . «Мы обнаружили, что чем толще окружающая среда, тем сильнее клетки прилипают к субстрату и тем быстрее они двигаются — это похоже на ходьбу по ледяной поверхности в обуви с шипами по сравнению с обувью без сцепления вообще».
Понимание того, почему клетки ведут себя таким удивительным образом, важно, потому что раковые опухоли создают вязкую среду, а это означает, что распространяющиеся клетки могут перемещаться в опухоли быстрее, чем в нераковые ткани. Поскольку исследователи заметили, что раковые клетки ускоряются в уплотненной среде, они пришли к выводу, что развитие взъерошенных краев раковых клеток может способствовать распространению рака на другие области тела.
С другой стороны, воздействие на реакцию распространения в фибробластах может уменьшить повреждение тканей в заполненных слизью легких, пораженных муковисцидозом. Поскольку взъерошенные фибробласты движутся быстро, они являются первым типом клеток, которые перемещаются через слизь к ране, способствуя образованию рубцов, а не заживлению. Эти результаты также могут означать, что, изменяя вязкость легочной слизи, можно контролировать движение клеток.
«Показывая, как клетки реагируют на то, что их окружает, и описывая физические свойства этой области, мы можем узнать, что влияет на их поведение и, в конечном итоге, как на него повлиять», — говорит Эрнест Ю, доктор философии. студент кафедры клеточной и системной биологии факультета искусств и наук Университета Торонто и соавтор исследования.
Плотников добавляет: «Например, если в рану налить густую, как мед жидкость, клетки будут продвигаться в нее все глубже и быстрее, тем самым заживляя ее более эффективно».
Плотников и Ю использовали передовые методы микроскопии для измерения тяги, которую клетки проявляют при движении, и изменений в структурных молекулах внутри клеток. Они сравнили раковые клетки и фибробласты с неровными краями и клетками с гладкими краями. Они определили, что взъерошенные края клеток ощущают уплотненную среду, запуская реакцию, которая позволяет клетке преодолевать сопротивление — взъерошенность сглаживается, расправляется и прикрепляется к окружающей поверхности.
Эксперимент начался в Университете Джона Хопкинса, где Юн Чен, доцент кафедры машиностроения и ведущий автор исследования, и Мэтью Питтман, доктор философии. студент и первый автор впервые изучали движение раковых клеток. Питтман создал вязкий, похожий на слизь полимерный раствор, нанес его на различные типы клеток и увидел, что раковые клетки двигаются быстрее, чем нераковые клетки, когда мигрируют через густую жидкость. Для дальнейшего изучения этого поведения Чен сотрудничал с Плотниковым из U of T, который специализируется на толчке и натяжении движения клеток.
Плотников был поражен изменением скорости при переходе в густую, слизеподобную жидкость. «Обычно мы наблюдаем под микроскопом медленные, незаметные изменения, но мы могли видеть, как клетки двигаются в два раза быстрее в режиме реального времени и увеличиваются вдвое по сравнению с первоначальным размером», — говорит он.
Как правило, движение клеток зависит от белков миозина, которые помогают мышцам сокращаться. Плотников и Ю предположили, что остановка миозина предотвратит распространение клеток, однако были удивлены, когда доказательства показали, что клетки все еще ускоряются, несмотря на это действие. Вместо этого они обнаружили, что столбики белка актина внутри клетки, который способствует сокращению мышц, стали более устойчивыми в ответ на густую жидкость, еще больше выталкивая край клетки.
В настоящее время команды изучают, как замедлить движение взъерошенных клеток в утолщенной среде, что может открыть дверь для новых методов лечения людей, страдающих раком и муковисцидозом.
