Le cellule in migrazione devono superare le barriere fisiche come i pori stretti nei tessuti a maglie fini. Un recente studio di un team di biofisici LMU fornisce una nuova teoria per descrivere come le cellule manovrano tali ambienti confinati.

Nel corpo umano, c'è un movimento costante di cellule in migrazione. Le cellule immunitarie e cancerose sono particolarmente mobili, e sono in grado di farsi strada attraverso varie barriere e tessuti a maglie sottili. Una collaborazione di esperti in biofisica teorica e sperimentale guidata dal Prof. Chase Broedersz e dal Prof. Joachim Rädler presso LMU di Monaco ha ora proposto un nuovo modo di studiare la migrazione delle cellule confinate utilizzando un approccio basato sui dati. I risultati sono pubblicati online in Fisica della natura .

Spremere avanti e indietro tra le due isole

La chiave del loro approccio era studiare una cellula in migrazione in un microambiente artificiale di confinamento. Questo microambiente è formato da due isole sulle quali una cellula può comodamente sedersi, che sono collegati da uno stretto ponte. Sono ricoperti da una proteina a cui la cellula può aderire, mentre i dintorni non sono accessibili alla cella. La costrizione costituisce un ostacolo per la cellula migrante, che deve farsi strada attraverso. Utilizzando la microscopia time-lapse, i ricercatori hanno monitorato il modo in cui le cellule si muovono:le cellule del tessuto mammario non rimangono semplicemente ferme, si stringono freneticamente avanti e indietro tra le due isole. Osservando centinaia di cellule che migrano su questi micro-schemi, il team ha rivelato le dinamiche di come le cellule superano tali ostacoli fisici.

Fondamentale per il successo di questo studio è stata la stretta collaborazione tra teoria ed esperimento. "Ci siamo assicurati che la progettazione dell'ambiente confinante in cui migrano le cellule fosse il più semplice e controllabile possibile, " Spiega Joachim Rädler. "Questo ci consente di utilizzare un approccio basato sui big data".

Filtrare le fluttuazioni

Il modello teorico proposto dai biofisici è un'equazione del moto. Questo è simile nello spirito alle equazioni che descrivono molti sistemi fisici, come il moto dei pianeti intorno al sole. Le cellule tuttavia sono molto più piccole e il loro movimento è fortemente influenzato da fluttuazioni intrinseche. "Utilizzando il nostro modello, siamo stati in grado di districare il prevedibile, componenti deterministiche dalla parte casuale del moto, le fluttuazioni, " Chase Broedersz spiega. "Questo ci permette di capire come le cellule possono svolgere in modo affidabile compiti di migrazione, nonostante tutte queste influenze casuali."

Dopo aver filtrato le fluttuazioni nel comportamento della cellula, gli scienziati hanno scoperto che le cellule del cancro al seno e le cellule del seno sane hanno comportamenti di motilità diversi. "Il nostro approccio basato sui dati combinato con micro-pattern artificiali ci consente di rivelare le caratteristiche delle cellule, "dice David Bruckner, il primo autore dello studio. "Il modello dedotto fornisce quindi un'"impronta digitale della motilità" che distingue diversi tipi di cellule".

Chase Broedersz conclude:"Il nostro nuovo approccio descrive la migrazione cellulare confinata utilizzando la teoria dei sistemi dinamici e mostra come le cellule si adattano ad ambienti confinati. Ciò potrebbe anche avere applicazioni per la valutazione quantitativa del comportamento cellulare in ambienti biologici più complessi".