Wetenschappers zijn al lang bezig met het proberen te begrijpen hoe cellen bewegen, bijvoorbeeld bij het zoeken naar nieuwe manieren om de verspreiding van kanker onder controle te houden. Het vakgebied van de biologie blijft de oneindig complexe processen belichten waarmee verzamelingen cellen communiceren, zich aanpassen en organiseren langs biochemische routes.

Wat betreft de wetten van de natuurkunde hebben onderzoekers van het Yale Systems Biology Institute met een frisse blik gekeken naar hoe cellen bewegen, waarbij ze overeenkomsten hebben onthuld tussen het gedrag van celweefsel en de eenvoudigste waterdruppels.

"We hebben een ander perspectief op hoe celbeweging wordt bepaald door de eigenschappen van de weefsels waarin ze zich bevinden, in plaats van hoe ze individueel handelen", zegt Michael Murrell, universitair hoofddocent Biomedical Engineering and Physics en senior auteur van een reeks artikelen die het werk.

Gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , gebruikten de eerste experimenten van de groep mechanische technieken om de oppervlaktespanning van een eenvoudige "bal" van celweefsel te meten om overeenkomsten met de thermodynamische eigenschappen van waterdruppels te onthullen, maar met merkbare verschillen.

"Bij een waterdruppel is de oppervlaktespanning constant en verandert niet met de druppelgrootte", zegt Murrell. De wetenschappers ontdekten echter dat in het geval van een "druppel" kankercellen de oppervlaktespanning afhankelijk was van de grootte:hoe kleiner het weefsel, hoe hoger de oppervlaktespanning en hoe hoger de druk in het weefsel.

Vervolgens paste het team een ​​oppervlaktespanningsgradiënt toe om aan te tonen dat cellen in het weefsel snel en collectief bewogen, net zoals de manier waarop het wateroppervlak beweegt wanneer wasmiddel wordt toegevoegd. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in Physical Review Fluids .

Dit zogenaamde "Marangoni"-effect treedt op wanneer de krachten aan het oppervlak van een weefsel de beweging van cellen naar binnen aandrijven.

Om de puzzel te voltooien, lieten de wetenschappers het weefsel aan een oppervlak hechten, waarbij ze de manier nabootsten waarop een tumor groeit en zich verspreidt. Cellen kwamen tevoorschijn uit de bal van weefsel als waterdruppels die een receptief - of hydrofiel - oppervlak "bevochtigden". In sommige omstandigheden verhoogde de bevochtiging de interne druk van het weefsel, waardoor cellen naar buiten werden geduwd.

Vandaag gepubliceerd in Physical Review X werpen deze bevindingen nieuw licht op de mate waarin cellen "migreren" of dat druk van oppervlaktespanning celbeweging bevordert.

"Als je denkt aan iets dat stroomt, denken we meestal aan een drukgradiënt", zegt Vikrant Yadav, een onderzoekswetenschapper in het Murrell Lab en co-eerste auteur van alle drie de onderzoeken. "Wat we hier laten zien, is dat de bulkeigenschappen van weefsel, inclusief de oppervlaktespanning en druk, van belang zijn als het gaat om het vermogen van cellen om uit een modeltumor te migreren." + Verder verkennen

Onderzoekers ontwikkelen nieuwe manier om neurodegeneratieve ziekten te bestuderen