قطارهای سیار امکان فرار سریع را فراهم می کنند

متمام سلول های بدن در حرکت هستند. این شامل سلول‌های ایمنی فردی است که بافت‌ها را در تعقیب میکروب‌های مهاجم بررسی می‌کنند، و همچنین گروه‌های بزرگی از سلول‌های پیش‌ساز در جنین که شکل ارگانیسم در حال رشد را تغییر می‌دهند.^1،2 بیوفیزیکدانان حرکت تک سلولی و توده های بزرگ رشد شده در فرهنگ را مورد مطالعه قرار داده اند، اما آنها اطلاعات کمی در مورد پویایی مهاجرت دسته های کوچکتر سلول دارند.^3،4

در اخیر فیزیک طبیعی دانشمندان بررسی کردند که چگونه شکل یک گروه کوچک از سلول ها بر کارایی حمل و نقل آنها تأثیر می گذارد.⁵ این یافته‌ها زمینه را برای درک چگونگی حرکت سلول‌ها در بدن، از جمله سلول‌های سرطانی متاستاز ایجاد می‌کند.

Sylvain Gabriele، مکانیک زیست‌شناس سلولی در دانشگاه مونس و یکی از نویسندگان این مطالعه، سلول‌های در حال حرکت را با استفاده از سیستم‌های in vitro سفارشی برای هدایت حرکت سلول مطالعه می‌کند.

برای بررسی رابطه بین شکل و کارایی مهاجرت، گابریل و تیمش یک پلتفرم دو بعدی با ردیف‌هایی از فیبرونکتین، یک گلیکوپروتئین که سلول‌ها دوست دارند روی آن راه بروند، توسعه دادند.⁶ در این تنظیم، سلول ها در امتداد کانال های تشکیل شده بین ردیف های فیبرونکتین حرکت می کنند. به طور خاص، گابریل و تیمش حرکات سلول های اپیدرمی ماهی را که تمایل به مهاجرت سریع دارند، ردیابی کردند.⁷ با تغییر فاصله بین مسیرهای موازی فیبرونکتین، گابریل و همکارانش توانستند ضخامت خوشه های سلولی را به خوبی تنظیم کنند.

آنها با یک شکاف کوچک به عرض 15 میکرومتر شروع کردند که سلول های اپیتلیال را مجبور به حرکت تک فایل کرد. در این چیدمان، سلول ها مانند واگن قطار به هم چسبیده بودند و به صورت یکی حرکت می کردند. این تیم قطارهای سلولی را که به طور طبیعی بین دو تا 18 محفظه هستند مقایسه کردند و سرعت آنها را از طریق سیستم فیبرونکتین اندازه گیری کردند.

گابریل گفت: «در ابتدا ما انتظار داشتیم که هر چه قطار سلولی بزرگتر باشد، سرعت بالاتری خواهد داشت. او استدلال می کند که وقتی سلول ها در یک سازند قطار جمع می شوند، تماس بیشتری با یکدیگر و کمتر با سکوی بین ریل های فیبرونکتین برقرار می کنند و اصطکاک را کاهش می دهند. با این حال، گابریل افزود: “ما بسیار شگفت زده شدیم که دیدیم این قطارهای سلولی طولانی می توانند دقیقاً همان سرعت سلول های تک سلولی را بدون توجه به تعداد سلول های قطار داشته باشند.”

این تیم تعجب کرد که اگر سلول های اپیتلیال اجازه تجمع پیدا کنند با چه سرعتی حرکت می کنند، بنابراین فضای بین مسیرهای فیبرونکتین را تا 30، 45 یا 100 میکرومتر گسترش دادند. هرچه شکاف بیشتر باشد، خوشه سلولی ضخیم‌تر تشکیل می‌شود و سلول‌ها کندتر حرکت می‌کنند. ضخیم‌ترین خوشه‌ها هشت برابر کندتر از قطارهای سلولی حرکت کردند و نشان داد که آرایه‌های خطی سلول‌ها انرژی بیشتری برای حمل و نقل ذخیره می‌کنند.

محققان مدل‌سازی کردند که چگونه فعل و انفعالات جانبی بین سلول‌ها در خوشه بر سرعت کلی مجموعه تأثیر می‌گذارد. گابریل گفت: «انرژی که برای حفظ تماس‌های بین سلول‌ها استفاده می‌شود، به قیمت انرژی موجود برای حرکت سلول‌ها به جلو است. او افزود که سلول‌ها وقتی به هم می‌چسبند انرژی خود را از دست می‌دهند و همسایه‌های خود را فشار می‌دهند و می‌کشند و تنش داخلی ایجاد می‌کنند که انرژی را مصرف می‌کند. از سوی دیگر، قطارهای سلولی، اتصالات کمتری ایجاد می‌کنند و سلول‌ها را به حرکت سریع‌تر سوق می‌دهند.

فراتر از سلول‌های اپیدرم ماهی، تیم هنوز باید تعیین کند که آیا سلول‌های انسانی، مانند سلول‌های سرطان سینه متاستاتیک، ساختار قطار را برای مهاجرت سریع‌تر در بدن اتخاذ می‌کنند یا خیر. “اگر به سینه نگاه کنی، [there are] گابریل گفت: فیبرهای کلاژن بسیار همسویی که می توانند به عنوان مسیری برای گسترش سلول های تومور استفاده شوند.

متیو ددنون، بیوفیزیکدان دانشگاه ژنو که در این کار دخالتی نداشت، تصمیم محققان برای استفاده از مدل‌های نظری برای پشتیبانی از داده‌های تجربی را تحسین کرد. او مایل است آزمایش‌های دیگری را ببیند که از سطوح پیچیده‌تر برای جمع‌بندی موانع مملو از پلیمر موجود در بافت‌های بدن و جنین در حال رشد استفاده می‌کنند. ددنون می‌گوید: «در طول رشد، ماتریکس خارج سلولی خاصی دارید که سلول‌ها روی آن مهاجرت می‌کنند و گاهی اوقات یک لایه زیرین سلولی نیز دارید. این امر چسبندگی و شیب محسوس سلول‌ها را تغییر می‌دهد و بنابراین فکر می‌کنم این یک گسترش طبیعی خواهد بود که در آن می‌توانید مهاجرت جمعی را در محیط‌های فیزیولوژیکی بیشتر مطالعه کنید.»

مراجع

1. Worbs T, et al. مهاجرت سلول های دندریتیک در سلامت و بیماری Nat Rev Immunol. 2017; 17 (1): 30-48.
2. Marchant CL، و همکاران. نرم شدن خوشه های سلولی باعث مهاجرت جمعی سلول در داخل بدن می شود. نات مادر. 2022; 21 (11): 1314-1323.
3. مک م، و همکاران. مهاجرت تک سلولی در ریزمحیط های پیچیده: مکانیک و دینامیک سیگنالینگ J Biomech Eng. 2016; 138 (2): 021004.
4. Serra-Picamal X، و همکاران. امواج مکانیکی در حین انبساط بافت. Nat Phys. 2012; 8 (8): 628-634.
5. Vercruysse E, et al. راندمان مهاجرت توسط هندسه خوشه های خودمختار سلول های اپیتلیال کنترل می شود. Nat Phys. 2024: 1-9.
6. Vedula SRK، و همکاران. حالت های نوظهور مهاجرت سلولی جمعی ناشی از محدودیت های هندسی Proc Natl Acad Sci USA. 2012; 109 (32): 12974-12979.
7. ریاض م، و همکاران. تداوم کراتوسیت های فن شکل یک مکانیسم وابسته به سفتی ماتریکس است که به α نیاز دارد.₅β₁ تعامل اینتگرین نماینده علمی. 2016; 6 (1): 34141.