Le cellule si muovono spesso in gruppi. A volte adottano una strategia che li porta a muoversi in direzioni antiparallele, come spiegato dal lavoro del team di fisica ispirato alla biologia presso MesoScales guidato da Pascal Silberzan presso l'Institut Curie, Parigi.

Così come ci sono molti modi per camminare, le cellule possono muoversi in molti modi. Spesso in gruppo, le cellule migrano durante lo sviluppo embrionale o la progressione del tumore. Queste migrazioni sono ostacolate da numerosi ostacoli (navi, fibre muscolari o nervose o fibre della matrice extracellulare), che spesso li costringono a spostarsi in spazi ristretti. I fisici del team di Pascal Silberzan (Institut Curie/CNRS/UPMC) riproducono in modo molto controllato un tale ambiente, per comprendere meglio questi comportamenti cellulari collettivi, con risultati a volte sorprendenti....

Spostamenti antiparalleli

"In molti tessuti biologici, le cellule sono ad alta densità in uno spazio fisico limitato. Abbiamo riprodotto questo confinamento utilizzando tecniche di microfabbricazione, " spiega Pascal Silberzan. Questi modelli in vitro consentono di confinare un insieme di cellule allungate in tracce la cui larghezza varia da una dimensione cellulare a più di un millimetro. In collaborazione con un team del Francis Crick Institute in Gran Bretagna, Il team di Pascal Silberzan ha evidenziato diversi comportamenti, a seconda della larghezza della pista:

• Su binari più larghi di circa 50 µm, le cellule si allineano tra loro e formano spontaneamente un angolo con la direzione della traccia. Allo stesso tempo, le cellule vicino ai bordi si muovono collettivamente in direzioni opposte, in modo antiparallelo.
• Su tracce più strette di questa soglia di 50 µm (ma sempre molto più larghe di una dimensione di cella), le cellule si allineano perfettamente con la direzione della banda e gli spostamenti antiparalleli scompaiono.

"Spostamenti cellulari antiparalleli erano stati osservati durante lo sviluppo embrionale o l'evoluzione del tumore, ma non si capiva né il meccanismo né la funzione, "aggiunge Guillaume Duclos, un dottorato di ricerca studente al momento dello studio. In altre parole, se il movimento complessivo delle cellule è diretto dal tumore all'ambiente esterno, alcune cellule migrano anche nella direzione opposta, cioè verso il tumore.

L'idrodinamica dei fluidi attivi fornisce un quadro per spiegare questo fenomeno. Questa teoria fisica permette di comprendere come l'attività cellulare induca movimenti antiparalleli su ampie piste. Spiega anche il passaggio tra la fase in cui le cellule formano un angolo con il binario e sviluppano flussi antiparalleli, e la fase senza queste caratteristiche:è una transizione meccanica controllata dall'attività cellulare. "Questa teoria fisica è molto generale, si basa sulla natura attiva delle cellule, sulle simmetrie e sulle leggi di conservazione del sistema", spiega il teorico Carles Blanch-Mercader, poi Ph.D. studente nel team Approcci fisici ai problemi biologici. Fornisce quindi un meccanismo molto generico per l'interpretazione delle corrispondenti osservazioni in vivo.

L'interfaccia tra fisica e biologia getta ancora una volta luce su un meccanismo cellulare finora poco compreso, in questo caso spostamenti cellulari inattesi che corrono contro la migrazione collettiva.