Cellule sono esperti cooperatori e collaboratori. Mantenere tessuto salute, le cellule parlano tra loro, esercitano pressione l’una sull’altra e cacciano le cellule che non contribuiscono al benessere generale della collettività.
Cellule – visualizzazione artistica. Credito immagine: Pawel Czerwinski tramite Unsplash, licenza gratuita
Quando è il momento di eliminare una cellula, il gruppo collettivo avvia l’estrusione cellulare. Le cellule possono essere estruse per diversi motivi: potrebbero essere cancerose o vecchie o semplicemente sovraffollare altre cellule. L’estrusione è un processo necessario affinché i tessuti mantengano la salute e l’integrità.
I biologi hanno studiato a lungo i segnali ei segnali biochimici alla base dell’estrusione cellulare, ma le forze meccaniche e fisiche coinvolte sono poco conosciute.
Ora, ispirandosi alla meccanica di una fase della materia chiamata cristalli liquidi, i ricercatori hanno sviluppato il primo modello tridimensionale di uno strato di cellule e il comportamento di estrusione che emerge dalle loro interazioni fisiche.
Modello che illustra come le cellule esercitano una pressione l’una sull’altra, portando all’estrusione. Credito immagine: per gentile concessione di S. Monfared / Caltech
Il team ha scoperto da questo nuovo modello che più una cellula è schiacciata dai suoi vicini in modo simmetrico, più è probabile che venga estrusa dal gruppo.
Il modello e i risultati sono descritti in un articolo sulla rivista eVita. Il lavoro è stato una collaborazione tra i laboratori di Guruswami RavichandranJohn E. Goode, Jr., professore di ingegneria aerospaziale e meccanica; José Andrade, George W. Housner Professore di Ingegneria Civile e Meccanica; e il Niels Bohr Institute di Copenhagen, Danimarca.
Un cristallo liquido è una fase della materia che si trova tra un solido e un liquido. Come un solido, la sostanza a cristalli liquidi resiste alla deformazione, ma come un liquido tradizionale, le molecole che compongono la sostanza possono scorrere.
Celle tridimensionali si spingono l’una contro l’altra in una simulazione del processo di estrusione cellulare. Credito immagine: per gentile concessione di S. Monfared / Caltech
Lo studio dei cristalli liquidi è stato tradizionalmente nel campo della fisica della materia condensata, ma negli ultimi sei anni è stato utilizzato per descrivere il comportamento delle cellule viventi.
“La parte più eccitante di questo studio è che stiamo solo grattando la superficie della combinazione di questi campi”, afferma Siavash Monfared, ex studioso post-dottorato al Caltech e primo autore dello studio.
“La sfida della biologia è che i sistemi viventi sono attivi e fuori equilibrio, mentre la fisica e la meccanica sono spesso basate sull’equilibrio termodinamico. Lo studio della materia attiva ha molte promesse per l’utilizzo della fisica e delle forze fisiche per comprendere i sistemi biologici”.
In questo nuovo lavoro, il team ha modellato un singolo strato di cellule, incorporando i principi della fisica dei cristalli liquidi. Le cellule sono modellate come goccioline sferiche attive e deformabili, ammassate strettamente insieme nel modo in cui le cellule reali formano un tessuto e posizionate su un substrato.
I ricercatori sono stati quindi in grado di modificare un parametro chiamato adesione, una misura della forza con cui le cellule si attaccavano l’una all’altra o al substrato, e osservare come veniva influenzato il comportamento di estrusione.
Sebbene le molecole in un cristallo liquido possano fluire liberamente, è noto che mostrano alcuni tipi di simmetria. Uno di questi è chiamato simmetria esatica, che è una simmetria rotazionale esagonale di sei volte. Il modello ha mostrato che con l’aumentare dell’adesione cellulare, è probabile che il gruppo collettivo estrudesse tutte le cellule che si rompevano con simmetria esatica.
“Comportamenti come l’estrusione emergono dalle interazioni collettive: le cellule si spingono l’una sull’altra, si deformano, ruotano e così via”, afferma Monfared, che ora è uno studioso post-dottorato presso il Niels Bohr Institute di Copenhagen, in Danimarca.
“L’obiettivo finale è capire come le forze meccaniche interagiscono con i segnali biochimici. La comunicazione bidirezionale tra segnali meccanici e biochimici è un’area di ricerca attiva e intensa.
Scritto da Lori Dajose
Fonte: Caltech
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
