Открытие «отрицательной вязкости»: как группы клеток ускоряют своё движение

Используя разработанный ими новаторский метод для прямого измерения вязкости в группе клеток, доцент Джейкоб Нотбом и аспирантка Молли Маккорд сделали удивительное открытие, которое меняет понимание того, как движутся клетки. Автор: Джоэл Холлберг / Университет Висконсин-Мэдисон

Клетки в нашем теле движутся группами во время таких биологических процессов, как заживление ран и развитие тканей. Из-за сопротивления, или вязкости, эти клетки не могут просто аккуратно скользить мимо друг друга.

Или всё же могут?

Используя новаторский метод, который они разработали для прямого измерения вязкости в группе клеток, инженеры Университета Висконсин-Мэдисон сделали удивительное открытие, которое переворачивает понимание клеточного движения.

Это явление назвали «отрицательной вязкостью», и оно не препятствует, а, наоборот, ускоряет движение клеток.

«Это достижение позволит исследователям разрабатывать более точные модели клеточного движения, что может привести к будущим применениям для здоровья человека, таким как способы ускорения заживления ран или облегчения важных процессов в развитии тканей», — говорит Джейкоб Нотбом, доцент кафедры машиностроения, который руководил исследованием вместе с аспиранткой Молли Маккорд.

Нотбом и Маккорд подробно описали свои выводы в статье, опубликованной 4 декабря 2025 года в журнале PRX Life.

Клетки генерируют силы, которые заставляют их двигаться, но как эти силы уравновешиваются в группах клеток для создания движения, до конца не ясно. Именно поэтому Маккорд и Нотбом хотели найти способ измерить вязкость в системе; величина вязкости была недостающей частью уравнения для понимания коллективного движения клеток.

В экспериментах исследователи использовали оптическую визуализацию, чтобы проанализировать, как один слой эпителиальных клеток деформирует мягкую гелевую поверхность, мигрируя по ней. Это позволило им рассчитать, сколько силы производят клетки.

Затем Маккорд разработала новый подход к анализу данных, который включал изучение различных многоклеточных регионов, или групп клеток. Её анализ выявил, что существуют области клеток, где вязкость, неожиданно, была отрицательной.

«Это удивительное открытие отрицательной эффективной вязкости подразумевает впрыск — а не рассеивание — энергии в поток, — говорит Нотбом. — Например, если бы вы вели машину, а воздух имел отрицательную вязкость, сопротивление воздуха толкало бы машину вперёд, а не замедляло её, что противоречит стандартным физическим правилам».

Однако Нотбом отмечает, что отрицательная вязкость возможна для систем с источником энергии — таких как клетки, преобразующие питательные вещества в энергию. И он с Маккорд действительно обнаружили, что в областях клеток с отрицательной вязкостью была повышена метаболическая активность, что отражает увеличенную потребность в энергии.

«Когда мы начинали этот проект, наш вопрос был: насколько велико число, обозначающее вязкость, — говорит Нотбом. — Но теперь мы узнали, что должны задавать другой вопрос: положительное это число или отрицательное? Это открытие переосмысливает проблему и показывает, что имеет смысл рассматривать эту вязкость как положительную или отрицательную, чего раньше не учитывали».

Источник: University of Wisconsin-Madison