Hvordan celler kommuniserer Oversatt herfra
Fra Institutt for vitenskap og kultur i Østerrike

Lik oss kommuniserer celler. Vel, på sin egen spesielle måte. Ved å bruke bølger som sitt vanlige språk, forteller celler hverandre hvor og når de skal bevege seg. De snakker, de deler informasjon, og de jobber sammen - mye likt det tverrfaglige teamet av forskere fra Institute of Science and Technology Austria (ISTA) og National University of Singapore (NUS). De forsket på hvordan celler kommuniserer - og hvordan det betyr noe for fremtidige prosjekter, f.eks. anvendelse på sårheling.

Hva kommer du til å tenke på når du tenker på biologi? Dyr, planter, teoretiske datamodeller? Det siste, kan det hende at du ikke forbinder det med en gang, selv om det er en viktig del av biologisk forskning. Det er nettopp disse beregningene som hjelper til med å forstå komplekse biologiske fenomener, ned til de mest skjulte detaljene. ISTA -professor Edouard Hannezo bruker dem for å forstå fysiske prinsipper i biologiske systemer. Hans gruppes siste verk gir ny innsikt i hvordan celler beveger seg og kommuniserer i levende vev.
Under sin doktorgrad utviklet Daniel Boocock sammen med Hannezo og langvarig samarbeidspartner Tsuyoshi Hirashima fra National University of Singapore, en detaljert ny teoretisk modell, som er publisert i dag i tidsskriftet PRX Life. Det tillater en bedre forståelse av langdistanse celle-cellekommunikasjon og beskriver både de komplekse mekaniske kreftene -lenke cellene anvender på hverandre og deres biokjemiske aktivitet.

Bilde 1. Kjemisk farge-sti i cellekommunikasjon

Celler kommuniserer i bølger
"La oss si at du har en petriskål som er dekket med celler - et monolag. De ser ut til å bare sitte der. Men sannheten er at de beveger seg, de virvler, og de gjør spontant kaotisk atferd," forklarer Hannezo.
I likhet med et tett publikum på en konsert, hvis en celle trekker på den ene siden, opplever en annen celle handlingen og kan reagere ved å enten gå i samme retning eller trekke motsatt vei. Informasjon kan deretter forplante og reise i bølger - bølger som er synlige under et mikroskop.
"Celler føler ikke bare mekaniske krefter, men også deres kjemiske miljø - krefter og biokjemiske signaler celler utøver på hverandre," fortsetter Hannezo. "Kommunikasjonen deres er et samspill mellom biokjemisk aktivitet, fysisk atferd og bevegelse; imidlertid har omfanget av hver kommunikasjonsmåte og hvordan slike mekano-kjemiske mellomspill fungerer i levende vev har vært unnvikende til nå."

Å forutsi bevegelsesmønstre
Drevet av bølge-visualene var forskernes mål å etablere en teoretisk oppfølgingsmodell som ville validere deres tidligere teori om hvordan celler beveger seg, fra en region til det neste. Daniel Boocock forklarer: "I vårt tidligere arbeid ønsket vi å avdekke biofysiske opprinnelse til bølgene og om de spiller en rolle i å organisere kollektiv cellemigrasjon. Vi hadde imidlertid ikke vurdert overgangen fra væske-fast-stoff i vevet, støyen som ligger i systemet, eller den detaljerte strukturen til bølgene i 2D."
Deres siste datamodell er oppmerksom på cellemotilitet og materialegenskaper til vevet. Med det fant Boocock og Hannezo hvordan celler kommuniserer mekanisk og kjemisk, og hvordan de beveger seg. De var i stand til å gjenskape fenomenene som ble observert i petriskåler, og bekreftet en teoretisk forklaring av cellekommunikasjon basert på fysiske lover.

Testing av teorien
For eksperimentelt bevis samarbeidet Boocock og Hannezo med biofysikeren Tsuyoshi Hirashima. For strengt å teste om den nye modellen er anvendelig for reelle biologiske systemer, brukte forskere 2D-monolag av MDCK-celler-spesifikke pattedyrs nyre-celler-som er en klassisk in vitro-modell for slik forskning.
"Hvis vi hemmet en kjemisk signalvei som lar celler føle og generere krefter, sluttet cellene å bevege seg og ingen kommunikasjonsbølger spredde seg," forklarer Hannezo. "Med vår teori kan vi enkelt endre forskjellige komponenter i det komplekse systemet og bestemme hvordan dynamikken i vevet tilpasser seg."

Hva blir det neste?
Cellulært vev ligner flytende krystaller på noen måter: det flyter som en væske, men er anordnet som en krystall. Boocock legger til, "Spesielt har den flytende krystalllignende oppførselen til biologisk vev bare blitt studert uavhengig av mekanokjemiske bølger." En forlengelse til 3D -vev eller monolag med komplekse former, akkurat som i levende organismer, er en mulig fremtidig forskningsmulighet.

Forskerne har også begynt å optimalisere modellen med hensyn til sårheling. Der parametere forbedrer flyten av informasjon, har helbredelse blitt akselerert - i datasimuleringer. Hannezo legger entusiastisk til: "Det som virkelig er interessant, er hvor bra modellen vår vil fungere for sårheling i celler i levende organismer." {Det gjelder ofte i bio-mimetikk, der forskere etterligner naturens metoder –oversetters tilføyelse.}

Oversettelse via google oversetter og bilder, ved Asbjørn E. Lund