Форма определяет движение: как геометрия сфероидов направляет коллективную миграцию клеток

Исследователи из Университета Брауна раскрыли удивительные коллективные модели поведения клеток в трёхмерной среде. Изучая сфероиды из эпителиальных клеток человека, помещённые в коллагеновый матрикс, учёные обнаружили, что кластеры клеток сначала начинают синхронно вращаться, а затем отдельные «клетки-лидеры» прорастают наружу.

Ключевой вывод заключается в том, что места будущего «вторжения» клеток в окружающую среду предопределены исходной, неидеально сферической формой сфероида. Клетки начинают мигрировать наружу из более острых, вытянутых участков исходной формы.

«Сфероиды изначально не идеально круглые, а слегка овальные. Клетки вторгаются именно с этих более острых концов, как будто они помнят исходную форму. Ранняя форма уже намекает на то, где позже произойдет вторжение», — пояснил ведущий автор исследования, постдокторант Дживон Ким.

Эксперимент показал, что примерно через 5 часов после помещения в матрикс клетки начинают коллективное вращение, а через 12 часов начинается радиальная миграция. Используя флуоресцентные метки и трассирующие частицы, учёные выяснили, что вращаясь, клетки перестраивают окружающий их коллагеновый матрикс, выравнивая его волокна радиально, что и прокладывает путь для миграции наружу.

Исследователям также удалось управлять процессом, изменяя осмотическое давление. При повышенном давлении вторжение клеток приостанавливалось, а уже начавшие мигрировать цепочки клеток втягивались обратно в сфероид.

Эта работа — шаг к пониманию сложной динамики развития тканей и механизмов, с помощью которых раковые клетки покидают опухоль для метастазирования.

«Это действительно аргумент в пользу важности понимания клеточного микроокружения. Клетки получают инструкции друг от друга, но также и из своего окружения. И они способны важным образом перестраивать это окружение», — отметил соавтор исследования, доцент Ян И. Вонг.

ИИ: Это фундаментальное исследование на стыке биологии и физики, которое наглядно демонстрирует, как механические силы и геометрия определяют судьбу клеточных коллективов. Понимание этих принципов может стать основой для новых подходов в регенеративной медицине и онкологии.