In een artikel gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , Wetenschappers uit Bristol hebben de fundamentele vraag beantwoord:"Is het mogelijk om te bewegen zonder kracht uit te oefenen op de omgeving?", door de tractieloze zelfaandrijving van actieve materie te beschrijven.

Begrijpen hoe cellen autonoom bewegen, is een fundamentele vraag voor zowel biologen als natuurkundigen.

Experimenten met celmotiliteit worden gewoonlijk gedaan door te kijken naar de beweging van een cel op een glasplaatje onder een microscoop.

In die omstandigheden, cellen worden waargenomen te "kruipen" op het oppervlak. Kruipen is goed begrepen:cellen hechten zich aan het oppervlak en gebruiken deze ankerpunten om zichzelf naar voren te duwen (zoals kruipen op de grond). Echter, kruipen is in vivo erg inefficiënt, waar cellen door complexe 3D-omgevingen bewegen.

Wetenschappers van de School of Mathematics in Bristol hebben een ander voortstuwingsmechanisme geïdentificeerd dat bijzonder geschikt is voor celbeweging in weefsels - een mechanisme dat niet afhankelijk is van krachtoverdracht via ankerpunten.

Ze ontdekten dat zelfaandrijving zonder tractie (lokale kracht op de omgeving) mogelijk is als je gemaakt bent van "actieve" materie, zoals cellen zijn. Ze beschrijven hoe een druppel actieve materie zichzelf voortbeweegt in een smal kanaal zonder enige kracht uit te oefenen op de muren eromheen.

Hoofdauteur, Dr. Aurore Loisy, zei:"Tractieloze beweging is erg contra-intuïtief. We werden echt opgewonden toen we ons realiseerden dat het niet alleen mogelijk is, maar ook dat het een plausibele verklaring biedt voor een probleem dat zo belangrijk is als celmotiliteit in weefsels.

"Daarnaast, een deel van de schoonheid van deze tractieloze zelfaandrijving ligt in het feit dat het wordt beschreven door een analytische oplossing van opmerkelijke en ongewone eenvoud. Vanwege de complexiteit (niet-lineariteit) van de vergelijkingen die actieve materie beschrijven, we hadden niet verwacht dat we met zoiets eenvoudigs zouden eindigen!"

Actieve materie is een speciaal soort materie, alomtegenwoordig in de biologie, waarin metabolische energie constant wordt omgezet in mechanische energie. Dit vermogen om interne mechanische krachten te genereren, in de massa, is wat de druppel in staat stelt te bewegen zonder krachten uit te oefenen op zijn grenzen (de muren).

Dr. Loisy voegde toe:"Een druppel actieve materie die door kleine openingen beweegt, is een minimaal model om celmotiliteit in weefsels te begrijpen, dat zijn drukke omgevingen met ingewikkelde geometrieën.

"Het mechanisme dat we ontdekten, biedt een mogelijke verklaring voor de open vraag hoe cellen in die omgevingen bewegen. Een dergelijke beweeglijkheid is cruciaal voor een groot aantal fysiologische processen in levende organismen, inclusief immuunrespons en wondgenezing, en de deregulering ervan is de sleutel tot de verspreiding van kanker (metastase)."

De volgende stap is om dit fenomeen experimenteel te observeren, met behulp van een druppel celextracten in een speciaal ontworpen microkanaal.