Cellen bewegen vaak in groepen. Ze nemen soms een strategie aan die hen ertoe brengt in antiparallelle richtingen te bewegen, zoals uitgelegd door het werk van het op biologie geïnspireerde fysica van het MesoScales-team onder leiding van Pascal Silberzan van het Institut Curie, Parijs.

Net zoals er vele manieren zijn om te lopen, cellen kunnen op veel manieren bewegen. Vaak in groepen, cellen migreren tijdens de embryonale ontwikkeling of tumorprogressie. Deze migraties worden belemmerd door tal van obstakels (schepen, spier- of zenuwvezels of extracellulaire matrixvezels), die hen vaak dwingen zich in krappe ruimtes te verplaatsen. De natuurkundigen van het team van Pascal Silberzan (Institut Curie/CNRS/UPMC) reproduceren op een zeer gecontroleerde manier een dergelijke omgeving, om dit collectieve cellulaire gedrag beter te begrijpen, met soms verrassende resultaten....

Antiparallelle verplaatsingen

"In veel biologische weefsels, cellen hebben een hoge dichtheid in een beperkte fysieke ruimte. We hebben deze opsluiting gereproduceerd met behulp van microfabricagetechnieken, " legt Pascal Silberzan uit. Met deze in vitro-modellen kan een reeks langwerpige cellen worden opgesloten in sporen waarvan de breedte varieert van een celgrootte tot meer dan een millimeter. In samenwerking met een team van het Francis Crick Institute in Groot-Brittannië, Het team van Pascal Silberzan heeft verschillende gedragingen aangetoond, afhankelijk van de breedte van het spoor:

• Op sporen breder dan ongeveer 50 µm, de cellen sluiten op elkaar aan en maken spontaan een hoek met de richting van het spoor. Tegelijkertijd, de cellen aan de randen bewegen collectief in tegengestelde richtingen, op een antiparallelle manier.
• Op sporen die smaller zijn dan deze drempel van 50 µm (maar altijd veel breder dan een celgrootte), de cellen sluiten perfect aan op de richting van de band en de antiparallelle verplaatsingen verdwijnen.

"Antiparallelle cellulaire verplaatsingen waren waargenomen tijdens embryonale ontwikkeling of tumorevolutie, maar noch het mechanisme, noch de functie werden begrepen, " voegt Guillaume Duclos toe, een doctoraat student op het moment van de studie. Met andere woorden, als de algehele beweging van de cellen van de tumor naar de externe omgeving wordt geleid, sommige cellen migreren ook in de tegenovergestelde richting, d.w.z. in de richting van de tumor.

De hydrodynamica van actieve vloeistoffen biedt een raamwerk om dit fenomeen te verklaren. Deze natuurkundige theorie maakt het mogelijk om te begrijpen hoe cellulaire activiteit antiparallelle bewegingen op brede sporen induceert. Het verklaart ook de overgang tussen de fase waarin de cellen een hoek maken met het spoor en antiparallelle stromen ontwikkelen, en de fase zonder deze kenmerken:het is een mechanische overgang die wordt gecontroleerd door celactiviteit. "Deze natuurkundige theorie is erg algemeen, het is gebaseerd op de actieve aard van cellen, op symmetrieën en op de wetten van behoud van het systeem", legt theoreticus Carles Blanch-Mercader uit, dan Ph.D. student in het team Fysieke Benaderingen van Biologische Problemen. Het biedt daarom een ​​zeer generiek mechanisme voor de interpretatie van de overeenkomstige waarnemingen in vivo.

Het raakvlak tussen natuurkunde en biologie werpt opnieuw licht op een cellulair mechanisme dat tot nu toe slecht werd begrepen, in dit geval onverwachte cellulaire verplaatsingen die tegen de collectieve migratie ingaan.