come materia attiva, come assemblaggi di cellule batteriche o epiteliali, riesce ad espandersi in spazi ristretti dipende in gran parte dalle loro dinamiche di crescita, come dimostrano i fisici LMU in uno studio appena pubblicato.

Forme biologiche di sostanza attiva, come biofilm batterici o fogli di cellule epiteliali, si trovano spesso in microspazi ristretti. Capire come tali sistemi colonizzano il loro ambiente ed estendono il loro raggio d'azione invadendo nuovi territori migliorerà la nostra comprensione di molte delle normali funzioni e degli stati patologici osservati negli organismi superiori. In collaborazione con il Dr. Amin Doostmohammadi (Università di Oxford), I fisici della LMU Felix Kempf e il professor Erwin Frey hanno ora dimostrato con l'aiuto di simulazioni al computer che i collettivi cellulari mostrano una varietà di modelli di motilità mentre si avvicinano e attraversano le costrizioni locali. Gli autori del nuovo studio proseguono dimostrando che il modello adottato dipende dal livello di motilità attiva che si sviluppa all'estremità anteriore dell'assemblaggio. I risultati appaiono sulla rivista Materia morbida .

Diverse pubblicazioni precedenti avevano suggerito che i moti collettivi della materia biologica sono influenzati dalla natura del terreno in cui tali sistemi si trovano. In particolare, esperimenti in vitro effettuati con cellule epiteliali e batteriche, e con miscele costituite da biofilamenti intracellulari isolati e motori molecolari, hanno rivelato che i confini spaziali hanno un impatto significativo sulla motilità. "Finora, questo tipo di ricerca si è concentrato principalmente sulle interazioni tra la forma dell'ostacolo impiegato e l'attività mobile delle particelle interessate, "dice Kempf, l'autore principale del nuovo articolo. Però, nella maggior parte di questi sistemi, il numero di particelle non rimane costante. In condizioni naturali, cellule epiteliali o batteriche si dividono a intervalli regolari e, quando confinato in tubi capillari, formano un fronte di invasione che avanza. Perciò, per capire come si formano ed evolvono questi modelli, è necessario tenere conto delle dinamiche di crescita di questi sistemi. Kempf e colleghi hanno utilizzato simulazioni al computer per esplorare gli effetti di questo fattore.

Hanno osservato tre modalità di invasione fondamentalmente distinte, che può essere distinto in base all'attività complessiva del sistema in crescita e al comportamento del fronte di invasione mentre si avvicina alla costrizione. Se il livello di attività mobile è basso, il fronte di invasione mantiene il suo profilo liscio e nettamente definito mentre avanza a velocità costante. A livelli di attività più elevati, il bordo d'attacco assume un contorno irregolare. Finalmente, una volta che il livello di attività supera una certa soglia, piccoli ammassi di cellule si staccano dal fronte avanzante, che possono quindi farsi strada attraverso lo stretto spazio. Le simulazioni hanno anche permesso ai ricercatori di caratterizzare i processi che guidano le transizioni osservate durante l'evoluzione del fronte di invasione, e quantificare il loro impatto sulla velocità con cui le cellule avanzavano nello spazio sempre più ristretto. "Questi risultati danno un contributo significativo alla nostra comprensione della materia attiva, e hanno diverse implicazioni che possono essere testate in esperimenti futuri, "dice Kempf.