Hücreler Daha Hızlı Hareket Edebiliyor: Yeni Araştırma
Hizalı Kollajen Lifler Üzerinde Daha Hızlı Hücre Hareketine Düşük Kuvvet Yönlendirir
Mekanobiyoloji alanında, hücrelerin kuvvetleri, hızlı göçleri de dahil olmak üzere, işlevlerinin artması için temel olarak kabul edilmiştir. Ancak Washington Üniversitesi McKelvey Mühendislik Fakültesi’ndeki bir araştırma grubu, hücrelerin yüksek kuvvetler üreten ve kullanan hücrelerden daha düşük kuvvetler üretebileceğini ve kullanabileceğini, ancak daha hızlı hareket edebileceğini keşfetti, kuvvetin yaşlı bir varsayımını tersine çevirerek.
Çalışmanın Detayları
Amit Pathak, makine mühendisliği ve malzeme bilimi profesörü olan laboratuvarı, yumuşak yüzeylere hizalı kollajen liflerine yapışmış gruplar halindeki hücrelerin daha düşük kuvvetle daha hızlı hareket ettiklerini buldu. Hücreler, sürekli olarak kuvvetler üretmeleri gerektiği düşünülmüştür çünkü çevrelerinin sürtünme ve sürükleme kuvvetini aşmaları gerekmektedir. Ancak bu klasik kuvvet ihtiyacı, hizalı lifler gibi elverişli çevresel koşullarda azaltılabilir. Sonuçları, 9 Ocak’ta PLOS Computational Biology’de yayımlanan çalışmaları, bu etkinliği toplu hücre göçünde gösteren ilk çalışmadır.
Araştırmacıların Yorumları
Pathak ve laboratuvar üyeleri yıllardır insan meme epitel hücrelerinin hareketini takip ettiler ve hücrelerin sert, sert bir yüzeyde yumuşak bir yüzeyde olduğundan daha hızlı hareket ettiklerini, burada sıkıştıklarını belirlediler. Araştırmaları, kanser metastazı ve yara iyileşmesinde etkileri bulunmaktadır.
Yeni araştırmada, hücrelerin rastgele liflere göre hizalı kollajen liflerinde %50’den fazla daha hızlı göç ettiklerini buldular. Ayrıca, hücrelerin göçlerini genişletmeye doğru yönlendirmek için hizalı lifleri yönlendirme ipuçları olarak kullandıklarını buldular.
Uzman Görüşü
“Düşük kuvvet üretirseniz ve sürtünme olmazsa, hücreler hızlı bir şekilde hareket etmeye devam edebilir mi? Muhtemelen çevreye bağlıdır,” dedi Pathak. “Hizalı liflerde, demiryolu rayları gibi, daha hızlı olacaklarını düşündük, ancak şaşırtıcı olan, aslında daha düşük kuvvetler üretiyor olmalarına rağmen hala daha hızlı olmalarıydı.”
Amrit Bagchi, McKelvey Mühendislik’ten 2022’de makine mühendisliği alanında doktora derecesi alan ve şu anda Pennsylvania Üniversitesi Mühendislik Mekanobiyoloji Merkezi’nde postdoktora araştırmacısı olarak görev yapan kişi, araştırmanın kurulması için büyük çaba sarf etti. Bagchi, COVID-19 pandemisi sırasında Marcus Foston’un enerji, çevre ve kimyasal mühendislik alanında doçent olduğu laboratuvarda aylarca süren bir çalışma sonucunda yumuşak bir hidrojel oluşturdu, ardından hücreleri izlemek için onları yerleştirmeden önce Tıp Fakültesi’nde özel bir mıknatıs kullanarak lifleri hizaladı.
Bagchi, hücrelerdeki kuvvet üretme mekanizmalarının motora ve kavrama hücrelerine çekiş sağlayan kavrama gibi hareket ettiği çok katmanlı bir motor-kavrama modeli geliştirdi. Bagchi, hücreler, kollajen lifler ve özel jel alt tabakası için üç katmanlı bir modeli kolektif hücreler için dönüştürdü, hepsi birbirleriyle iletişim halindeydi.
Sonuç ve Gelecek İçin Öngörüler
Araştırmacılar, deneysel sonuçların başlangıçta şaşırtıcı olduklarını ancak bu karşıtı olmayan davranışın arkasındaki fiziği açıklamak için teorik bir model geliştirmeye itici güç sağladıklarını belirtiyorlar. Bagchi, “Zamanla, hizalı lifleri sürtünme kuvvetlerini deneyimleme için bir vekil olarak kullandığını anladık ve bu, rastgele lif koşulundan önemli ölçüde farklı bir şekilde olmasına rağmen. Modelimizin matriks mekanoduyarlık ve iletim kavramı, haptotaksi ve durotaksi gibi diğer iyi bilinen toplu göç davranışlarını da öngörür ve bilim adamlarına keşfetmeleri ve muhtemelen diğer ilginç hücre göçü fenotiplerine genişletmeleri için birleşik bir çerçeve sunar.”
Bu çalışma, Ulusal Sağlık Enstitüleri (R35GM12876) ve Ulusal Bilim Vakfı (CMMI:154857 ve CMMI 2209684) tarafından desteklenmiştir.