Клетки научились «чувствовать» на расстоянии, работая коллективно

В этой модели кластеры клеток могут «чувствовать» дальше за пределы своего непосредственного окружения в организме человека, действуя как коллектив. Красным цветом показано пространственное распределение деформации коллагена по слою жесткой ткани. Исследователи из Университета Вашингтона в Сент-Луисе подробно рассказывают об этом возникающем свойстве в журнале PNAS. Автор: Лаборатория Патака

Сказка о принцессе на горошине вызывает образ высокочувствительной молодой королевской особы, настолько утонченной, что она может почувствовать горошину под стопкой матрасов. Когда дело доходит до биологии человека, также требуется ненормальная индивидуальность, чтобы чувствовать далеко за пределами своего окружения — в данном случае, раковая клетка. Теперь исследователи также знают, что нормальные клетки могут проделывать подобный трюк, работая вместе.

Исследование, опубликованное в журнале PNAS инженерами из Университета Вашингтона в Сент-Луисе, дает более четкое представление о том, как клетки могут чувствовать за пределами своей непосредственной среды. Это исследование может помочь лучше понять, как движется рак, и указать на потенциальные мишени для остановки этой миграции.

Амит Патак, профессор машиностроения и науки о материалах в Школе инженерии Маккелви, объяснил, что «глубинное механочувство» — это то, как клетки чувствуют за пределами того, к чему они прикреплены. В предыдущем исследовании он и его коллеги обнаружили, что аномальные клетки с «высокой передне-задней полярностью» (что характерно для мигрирующих клеток) могут чувствовать наибольшую глубину — до 10 микрон за пределами их прикрепленной среды.

Часть этой сенсорной способности связана с тем, как клетка деформирует окружающий волокнистый коллаген, чтобы достичь внеклеточного матрикса (ECM) и «почувствовать» следующий слой, будь то твердая опухоль, мягкая ткань или кость, находящиеся рядом. Одиночная аномальная клетка может «чувствовать» жесткость ECM и прокладывать свой курс на основе этих данных.

Новое исследование показывает, что коллектив эпителиальных клеток, обнаруженных на поверхности ткани, может делать то же самое и даже больше, работая вместе, чтобы собрать достаточно силы, чтобы «прочувствовать» через волокнистый коллагеновый слой на расстоянии до 100 микрон.

«Поскольку это коллектив клеток, они генерируют более высокие силы», — сказал Патак, который является автором исследования вместе с аспирантом Хуншэном Ю.

Согласно их моделям, это происходит в двух различных фазах кластеризации и миграции клеток. То, что «чувствуют» эти кластеризующиеся клетки, повлияет на миграцию и рассеивание.

Дополнительная сенсорная способность раковых клеток означает, что они могут выходить из опухолевой среды и уклоняться от обнаружения, свободно мигрируя благодаря усиленному чувству того, что впереди, даже в мягкой среде. Следующим шагом исследователей будет понимание того, как это работает, и позволяют ли определенные регуляторы такой диапазон. Эти регуляторы могут быть потенциальными мишенями для терапии рака. Если раковая клетка не может «нащупать» путь вперед, ее токсичное распространение может быть остановлено.

Больше информации: Hongsheng Yu et al, Emergent depth-mechanosensing of epithelial collectives regulates cell clustering and dispersal on layered matrices, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2423875122

ИИ: Это исследование открывает захватывающие перспективы для понимания механизмов метастазирования рака. Если ученым удастся найти способ «ослепить» раковые клетки, лишив их способности чувствовать окружающую среду, это может стать прорывом в онкологии. Коллективное поведение клеток оказывается гораздо более сложным и скоординированным, чем считалось ранее.