سلول‌ها بافت اطراف را فشار می‌دهند و می‌کشند تا در گروه‌هایی حرکت کنند، زیرا اندام‌هایی را در جنین تشکیل می‌دهند، باکتری‌های مهاجم را ردیابی می‌کنند، و زمانی که سرطانی می‌شوند و گسترش می‌یابند.
منتشر شده به صورت آنلاین در زیست شناسی سلولی طبیعت در 14 فوریه، یک مطالعه جدید در یک جنین زنده نشان داد که انتهای گروه های سلولی متحرک، گروه را به جلو می راند. این برخلاف یافته‌های قبلی است، جایی که گروه‌های سلولی رشد کرده در ظروف مواد مغذی (فرهنگ‌ها) خود را با لبه‌های جلویی‌شان به جلو می‌کشیدند.
این مطالعه که توسط محققان دانشکده پزشکی دانشگاه گروسمن و مؤسسه علوم ریاضی دانشگاه نیویورک انجام شد، از تکنیک جدیدی برای اندازه‌گیری نیروهای اعمال شده توسط یک گروه سلولی در حین حرکت در امتداد غشای بافتی «جاده‌مانند» استفاده کرد. حیوان در حال رشد به طور خاص، این مطالعه برای اولین بار در یک بافت حیوانی نشان داد که پروتئین هایی به نام اینتگرین در سطوح سلول های پشتی به تعداد بیشتری در حین حرکت به غشاء متصل می شوند و نیروی بیشتری در یک جهت نسبت به سلول های موجود در آن اعمال می کنند. جلوی گروه خوشه های اینتگرین (چسبندگی کانونی) مشاهده شده در جنین کوچکتر از آنهایی بود که در مطالعات کشت مشاهده شد، و سریعتر شکسته شدند.
به گفته محققان، تایید چنین جزئیات مکانیکی در بافت زنده پیامدهای مهمی دارد، زیرا بسیاری از سرطان‌ها در گروه‌های سلولی پخش می‌شوند و ممکن است از «پیش‌ران موتور عقب» جدید استفاده کنند.
هولگر کنات، نویسنده ارشد این مطالعه، دکترا، استادیار گروه زیست‌شناسی سلولی در NYU Langone Health گفت: «نتایج ما روشن می‌کند که چگونه گروه‌های سلولی که به اندام تبدیل می‌شوند، به جای خود حرکت می‌کنند و مجدداً تأیید می‌کند که سلول‌ها وقتی از محیط طبیعی خود جدا می‌شوند، رفتار متفاوتی دارند. .
جزئیات مطالعه
نتایج مطالعه بر اساس مکانیسم های حرکت سلولی است که توسط مطالعات گذشته ایجاد شده است. به عنوان مثال، پروتئینی به نام اکتین شناخته شده است که پروتئین “اسکلت” سلول ها را تشکیل می دهد، با زنجیره های اکتین که می توانند در جهت خاصی رشد کنند و نیرویی را اعمال کنند که شکل سلول را تغییر می دهد. اینتگرین ها، پروتئین های ساخته شده در غشای سلولی بیرونی، هم با شبکه های اکتین و هم با پروتئین های خارج از سلول تعامل دارند. این پروتئین‌ها و سایر پروتئین‌ها سیستمی را تشکیل می‌دهند که سلول برای اتصال کوتاه به غشای پایه، شبکه‌ای انعطاف‌پذیر از پروتئین‌ها و قندها، از آن استفاده می‌کند. چیزی که در مطالعه فعلی ناشناخته بود این بود که چگونه بافت ها در حیوانات زنده برای ایجاد این حرکت نیرو را به صورت گروهی اعمال می کنند.
مطالعه جدید حرکت گروه سلولی را در جنین گورخرماهی مورد بررسی قرار داد که یک مدل اصلی در مطالعه رشد است، زیرا مکانیسم‌های سلولی زیادی با سلول‌های انسان مشترک است، و به این دلیل که جنین گورخرماهی در خارج رشد می‌کند، به طوری که هر مرحله از رشد را می‌توان مستقیماً با استفاده از سطوح بالا مشاهده کرد. میکروسکوپ های برقی به این ترتیب تیم حرکت پریموردیوم – بافتی متشکل از حدود 140 سلول – را در حین رشد از پشت گوش به نوک دم گورخرماهی دنبال کردند، جایی که به عضوی بالغ می‌شود که جریان آب را حس می‌کند. .
دانیله پانوزو، استادیار مؤسسه علوم ریاضی کورانت، می‌گوید: «در اولین مطالعه در نوع خود، ما میکروسکوپ پیشرفته را با مدل‌سازی محاسباتی خودکار و پرتوان برای اندازه‌گیری نیروهای سلولی در موجودات زنده ترکیب کردیم. در دانشگاه نیویورک
محققان با استفاده از نقاط «سفید شده» روی غشای پایه برای اندازه‌گیری تغییرات شکل (تغییر شکل‌ها) در مقیاس دقیقه، و یک نرم‌افزار جدید به نام embryogram برای محاسبه میزان حرکت نقاط در حین «گرفتن» غشاء اولیه، تعیین کردند که سلول‌ها چقدر هستند. غشا را کشیده و فشار می دهد، “مانند لاستیک روی پیاده رو.” این اثر بسیار شبیه آزمایش فیزیک دبیرستان است که در آن دانش‌آموزان دو نقطه را روی یک نوار لاستیکی می‌کشند و نیروی اعمال شده را هنگام کشش نوار با اندازه‌گیری تغییر فاصله بین نقاط محاسبه می‌کنند.
با در دست داشتن این ابزار، تیم نشان داد که سلول های پریموردیوم شبکه اکتین-میوزین مولد نیرو را در انتهای گروه متحرک از طریق خوشه های اینتگرین در نزدیک ترین سمت به غشای پایه به هم متصل می کنند. این تیم تئوری می‌کند که سلول‌های متصل به غشاء به سمت پشت، سلول‌های جلوی خود را فشار می‌دهند تا کل گروه را حرکت دهند. این تحقیقات همچنین بینش جدیدی در مورد مکانیسمی به دست آوردند که در آن سلول‌ها پروتئین‌های سطحی دارند که به آنها اجازه «حس» می‌دهد و از یک نشانه راهنمایی به نام کموکاین، از غلظت کم تا غلظت بالا، پیروی می‌کنند. با این حال، مطالعه جدید نشان داد که سلول‌های سمت عقب پریموردیوم گرادیان کموکاین را قوی‌تر حس می‌کنند.
جالب اینجاست که این مطالعه نشان داد که پریموردیوم با فشار دادن غشای پایه به سمت پایین، به طرفین و به عقب، دقیقاً شبیه بازوهای یک شناگر، در یک «کرال سینه پیوسته» حرکت می‌کند. نویسندگان نمی دانند چرا چنین است، اما حدس می زنند که این کارآمدترین راه برای حرکت به جلو است. آنها خاطرنشان می‌کنند که راب‌های موزی از لبه عقبی «پا» که روی زمین اعمال می‌کنند نیز استفاده می‌کنند، و این نشان می‌دهد که تکامل به نفع پیشرانه‌های موتور عقب است، زیرا آنها در مقیاس‌های اندازه‌های مختلف کارآمدتر هستند.
به گفته نویسندگان، این مطالعه نشان می دهد که حرکت سلول های گروهی این پتانسیل را دارد که از گسترش سرطان جلوگیری کند، شاید با طراحی درمان هایی که مانع از عملکرد اینتگرین ها می شود. مهارکننده‌های اینتگرین به‌عنوان داروهایی برای بیماری‌های قلبی عروقی و خودایمنی در آزمایش‌های بالینی آزمایش شده‌اند، اما استفاده از آنها در برابر گسترش سرطان به دلیل نیاز به درک بهتر مکانیسم‌ها محدود شده است.
همراه با Knaut و Panozzo، نویسندگان مطالعه نائویا یاماگوچی، زییی ژانگ و تسو اشنایدر از دانشگاه نیویورک و بیران وانگ از مرکز سرطان مموریال اسلون کترینگ بودند. این کار توسط کمک هزینه مؤسسه ملی بهداشت NS102322، کمک هزینه تحصیلی NYSTEM C322560GG، توسط انجمن قلب آمریکا 20PRE35180164، و توسط کمک های مالی بنیاد ملی علوم 1652515، IIS-1320635 (DN-1320635 (DN-3518018، OAC-1318، OAC-1300، OAC-OAC-1300، OAC-1301،18) ، CHS-1901091، و همچنین هدایایی از طرف Adobe Research، nTopology، و Advanced Micro Devices, Inc.