Schemi ritmici e movimenti precisi:questi sono gli elementi chiave del nuoto corretto. Gli dei dell'Olimpo dimostrano schemi ripetuti di respirazione, con testa sincronizzata, movimenti di gambe e braccia, incantando gli spettatori e provocando applausi per ritmi da record. Dimostrazioni comparabili di questa ripetizione del modello e dell'utilizzo di energia possono essere viste anche in un nuotatore microscopico:la cellula ameboide.

Le forme del nuoto cellulare sono ora prevedibili a nuovi livelli di precisione grazie alla modellazione 3D avanzata. I ricercatori Eric J. Campbell e Prosenjit Bagchi, dal Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale della Rutgers University, ha generato un modello 3D di un'ameba che pratica il nuoto guidato da pseudopodi. La ricerca apparirà sulla copertina del numero di questo mese di Fisica dei fluidi .

Le cellule ameboidi hanno citoscheletri flessibili, senza forma prestabilita. Possono contrarre ed espandere il loro sistema scheletrico alterando contemporaneamente la consistenza del loro citoplasma, il plasma che circonda gli organelli della cellula. Le cellule ameboidi si distinguono anche per la loro capacità di motilità guidata da pseudopodi. Pseudopodi, significa piedi falsi, sono proiezioni del corpo cellulare che possono crescere, dividere o ritrarre per fornire locomozione. Il movimento degli pseudopodi è più complesso di quanto molti si aspetterebbero. Si basa su reazioni biomolecolari, deformazione cellulare e il movimento sia del citoplasma che del fluido extracellulare.

"In questa ricerca, abbiamo combinato un modello all'avanguardia per la deformazione cellulare con il movimento del fluido intra ed extracellulare, e la biochimica delle proteine ​​utilizzando un modello di formazione del modello dinamico, "Ha detto Campbell. "Abbiamo quindi utilizzato supercomputer paralleli per prevedere il movimento della cellula, e studiato il suo comportamento variando la deformabilità cellulare, viscosità del fluido, e diffusività proteica."

Le cellule ameboidi mostrano un'unidirezionalità nel nuoto con un corrispondente cambiamento nella dinamica degli pseudopodi, causato da proiezioni che diventano più prevalenti nella parte anteriore della cellula. Questa unidirezionalità è probabilmente causata da una maggiore velocità di nuoto dovuta all'orientamento focalizzato. Utilizzando simulazioni di modelli al computer, i ricercatori hanno studiato il nuoto cellulare variando la diffusività delle proteine, elasticità della membrana e viscosità citoplasmatica.

La modellazione accurata del nuoto delle cellule ameboidi ha posto una serie di sfide. "Il modello doveva essere in grado di risolvere la deformazione in tre dimensioni con elevata precisione e senza alcuna instabilità numerica, " ha detto Campbell. Biochimica delle proteine, che crea la forza locomotiva, doveva essere abbinato al modello. Anche il movimento fluido doveva essere considerato. "I fluidi intra ed extracellulari possono avere proprietà dissimili, e il modello deve tenere conto di tali differenze."

Questi vari parametri sono stati integrati per ottimizzare la modellazione della locomozione cellulare, fornendo nuovo, informazioni più precise sui meccanismi di locomozione. Le cellule ameboidi che dimostrano questa motilità guidata da pseudopodi possono offrire informazioni su molti processi biologici. Secondo Campbell, la mobilità si osserva anche durante lo sviluppo embrionale, guarigione delle ferite, risposta immunitaria dei globuli bianchi, e cellule tumorali metastatiche.