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    Lo studio rivela una modalità unica di migrazione cellulare su superfici viscoelastiche morbide

    Credito:CC0 Dominio Pubblico

    Dentro il tuo corpo, il movimento cellulare svolge un ruolo cruciale in molti processi biologici significativi, compresa la guarigione delle ferite, risposte immunitarie e la potenziale diffusione del cancro.

    "La maggior parte delle persone non muore per un tumore primitivo, " disse Kolade Adebowale, uno studente laureato in ingegneria chimica, e membro del corso di laurea in chimica dell'interfaccia di biologia chimica (CBI), Ingegneria e medicina per la salute umana (ChEM-H) presso la Stanford University. "Il problema è quando le cellule tumorali del tumore acquisiscono la capacità di metastatizzare o spostarsi in diverse parti del corpo".

    Nel tentativo di far progredire gli studi sulla migrazione cellulare, Adebowale e colleghi nel laboratorio di Ovijit Chaudhuri, professore associato di ingegneria meccanica a Stanford, hanno lavorato per sviluppare e testare nuovi tipi di materiale che imitano da vicino il tessuto reale che circonda le cellule. Nuove scoperte costruite su questo lavoro, pubblicato il 19 aprile in Materiali della natura , capovolgere la visione "da manuale" della migrazione cellulare e fornire una migliore comprensione dell'impatto delle proprietà elastiche e viscose di un materiale sulle cellule.

    "Abbiamo scoperto che fa una grande differenza se le cellule cancerose sono su una plastica molto rigida o se sono su un materiale morbido e viscoelastico, come una gelatina, " disse Adebowale, chi è l'autore principale dell'articolo. "Questo si aggiunge a molte prove recenti che il comportamento del cancro non riguarda solo le cellule tumorali, ma riguarda anche l'ambiente con cui interagiscono le cellule tumorali".

    Come stupido mastice

    La migrazione cellulare è tradizionalmente studiata su un pezzo trasparente di polimero chiamato "plastica da coltura tissutale" o idrogel elastici, come lenti a contatto morbide. Sulla base di questi studi, la convinzione attuale è che le cellule non possano migrare su idrogel troppo morbidi. Però, i ricercatori mirano a imitare i tessuti biologici della vita reale su cui migrano le cellule, che sono morbidi e non puramente elastici, come un elastico, ma viscoelastico.

    "Sono materiali solidi, ma hanno anche caratteristiche viscose e liquide che consentono loro di scorrere su tempi più lunghi, " ha detto Adebowale.

    Esempi di materiali viscoelastici come quelli creati per la ricerca includono pasta di pane, mozzarella e mastice sciocco, secondo Chaudhuri. Questi materiali inizialmente resistono alla deformazione, come un materiale elastico, ma rilassa viscosamente quella resistenza nel tempo.

    Quando i ricercatori hanno studiato il movimento delle cellule cancerose sul loro substrato più simile a un tessuto, i risultati contraddicevano le aspettative esistenti.

    "Abbiamo scoperto che quando il substrato è viscoelastico, le cellule possono migrare abbastanza robustamente, anche se è morbido, " disse Chaudhuri, chi è l'autore senior del documento.

    Lo studio non solo ha scoperto che le cellule possono migrare su molli, substrati viscoelastici, i ricercatori hanno anche scoperto che il movimento migratorio è unico. Su un rigido, Superficie 2D come plastica per colture di tessuti, le cellule aderiscono alla superficie e formano una sporgenza a ventaglio. Questa sporgenza, chiamato lamellipodio, guida il movimento in avanti estendendo il bordo anteriore in avanti e spingendo fuori dalla superficie. Sui materiali viscoelastici creati dal team, le cellule non si sono estese così ampiamente. Anziché, hanno usato sottile, sporgenze a forma di punta chiamate filopodia per guidare il loro movimento. Ulteriore, i loro esperimenti hanno mostrato che le cellule usano quella che viene chiamata una "frizione molecolare" per migrare sui substrati.

    "Immagina di muoverti sul ghiaccio. Se non hai abbastanza adesione al ghiaccio, e prova a correre, non andrai da nessuna parte, "Ha detto Chaudhuri. "Hai davvero bisogno di una presa forte per spingere e andare avanti. Questo è ciò che fa la frizione molecolare per le cellule".

    Le cellule che migrano in modo robusto sulla plastica di coltura tissutale rigida formano forti adesioni al substrato. Gli autori hanno osservato che le cellule su molle, i substrati viscoelastici sono anche in grado di migrare in modo robusto ma, importante, queste cellule sono in grado di farlo con meno, aderenze deboli, come le cellule che si muovono in punta di piedi, non tutto il loro piede.

    "Penso che la cosa più sorprendente sia stata che la proprietà del materiale, la viscoelasticità, può avere un impatto così drammatico sulla capacità delle cellule di migrare, " disse Adebowale.

    Viscoelasticità e coltura cellulare

    Il fatto che la modalità di migrazione cellulare osservata dai ricercatori non sia presente su substrati duri o su substrati solo elastici mostra come la viscoelasticità sia essenziale per il comportamento delle cellule e quindi importante da replicare negli studi futuri.

    "Questo sfida la visione da manuale di come comprendiamo la migrazione cellulare, " ha detto Chaudhuri. "Le cellule migrano in modo diverso sul tessuto viscoelastico rispetto a quanto non facciano sul vetro, capsule di Petri in plastica o gel elastici. Così, se vogliamo studiare la migrazione cellulare, dobbiamo usare substrati viscoelastici."

    Mentre lo studio ha esaminato la migrazione di singole cellule, le cellule tumorali migrano come un gruppo nel corpo e le varie fasi dello sviluppo coinvolgono il movimento collettivo delle cellule. Prossimo, i ricercatori sperano di rispondere alla domanda su come la viscoelasticità influisca sulla migrazione cellulare collettiva.


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