Motilità cellulare, il movimento spontaneo delle cellule da una posizione all'altra, svolge un ruolo fondamentale in molti processi biologici, comprese le risposte immunitarie e le metastasi. Recenti studi di fisica hanno raccolto nuove prove che suggeriscono che le cellule dei mammiferi non strisciano solo su substrati solidi, compreso ambienti 3-D complessi di tessuti, ma può anche nuotare nei liquidi.

In un recente studio, un team di ricercatori dell'Università Grenoble Alpes e del CNRS (Centro Nazionale di Ricerca Scientifica) ha cercato di far luce sui meccanismi alla base dell'insorgenza di cellule motili in sospensione, che accadrebbe se si muovessero nei fluidi. La loro carta, pubblicato in Lettere di revisione fisica , presenta un modello che accoppia la cinetica dell'actina e della miosina con il flusso del fluido, che hanno applicato a una forma sferica e non sferica.

"Studi recenti hanno suggerito che l'adesione non è necessaria affinché le cellule si muovano in un ambiente tridimensionale, e hanno anche dimostrato che le cellule del sistema immunitario possono nuotare quando sospese in un fluido, " hanno detto a Phys.org via email i ricercatori che hanno condotto lo studio.

Il movimento di una cellula attraverso un tessuto potrebbe essere, almeno in una certa misura, rispetto al suo movimento natatorio in un gel composto da filamenti di collagene e liquido interstiziale. Questo particolare movimento di nuoto, però, rende le cellule alquanto autonome da un substrato, permettendo loro di navigare attraverso qualsiasi organo senza doversi adattare a ligandi extracellulari alternati, che sarebbe invece richiesto quando si striscia su un substrato solido.

Il team dell'Università di Grenoble Alpes ha voluto dimostrare che le cellule possono nuotare in un fluido usando meccanismi identici o molto simili che usano quando strisciano su un solido. Inoltre, volevano indagare sull'origine di questa motilità e scoprire il feedback fornito dal mezzo esterno ai processi cellulari interni.

"Sebbene abbiamo collaborato a stretto contatto con diversi sperimentatori per sviluppare la nostra comprensione del problema e raccolto ordini di grandezza rilevanti delle quantità fisiche che manipoliamo, il nostro approccio era per lo più teorico per questo articolo, e motivato dall'osservazione che le cellule devono navigare in modo efficiente invece di essere legate a un substrato (cioè, strisciare), " hanno detto i ricercatori.

Il citoplasma delle cellule contiene proteine ​​chiamate actine e miosine. Prima che una cella inizi effettivamente a spostarsi da una posizione all'altra, le molecole di actina si autoassemblano in una rete lungo la membrana cellulare, noto come "corteccia".

Il modello cellulare ideato dai ricercatori ha due componenti chiave:un gel di corteccia di actina e motori di miosina. I motori della miosina contraggono il gel di actina, creando infine un flusso di proteine ​​actina e miosina verso aree ad alta concentrazione di miosina. Infine, questo fa sì che tutta la miosina sia concentrata in un unico punto, con actina che scorre verso di essa.

"Questo flusso continua perennemente, perché nuove molecole di actina vengono aggiunte all'estremità opposta della cellula, " hanno spiegato i ricercatori. "Abbiamo dimostrato che la cellula acquisisce una polarità spontanea (cioè, le molecole di actina vengono aggiunte a un polo e rimosse all'altra estremità, in modo sostenibile). Il flusso di actina lungo la membrana si aggrappa al fluido esterno per ottenere la propulsione cellulare e produce un modello di flusso complesso nel fluido circostante".

I ricercatori hanno osservato che in questo scenario, la velocità di nuoto di una cellula assomiglia alla velocità che ci si aspetterebbe di vedere se stesse strisciando su un substrato. Questo è un po' sorprendente, poiché camminare è in genere più facile che nuotare per gli organismi viventi. Secondo i ricercatori, ciò potrebbe essere spiegato dal fatto che l'intera superficie della cellula natatoria partecipa di concerto alla propulsione.

"A seconda del rinnovamento e della contrattilità della corteccia cellulare (due proprietà attive che possono essere controllate dalla cellula sia geneticamente che attraverso percorsi biologici specifici), abbiamo scoperto che una cellula può polarizzarsi spontaneamente e iniziare a muoversi in un fluido, " hanno detto i ricercatori. "È anche possibile ottenere un comportamento oscillatorio in cui la cellula cambia periodicamente direzione".

Lo studio offre nuove affascinanti informazioni sui meccanismi alla base della motilità del nuoto delle cellule, o, come dicono i ricercatori, la loro capacità di strisciare in un fluido. Le loro osservazioni potrebbero essere particolarmente utili per i biologi che stanno cercando di capire il movimento delle cellule, poiché implicano che una singola cellula può muoversi in modo robusto sia in un fluido che lungo un substrato solido, utilizzando gli stessi meccanismi.

È ormai noto che le cellule immunitarie e le cellule metastatiche si confrontano con ambienti molto diversi mentre migrano all'interno di un organismo, eppure i ricercatori hanno scoperto che i meccanismi che usano per navigare in questi diversi ambienti potrebbero essere molto simili. interessante, i risultati raccolti in questo lavoro suggeriscono anche che la velocità di una cellula è determinata principalmente dalla viscosità corticale, mentre la viscosità del fluido esterno non è rilevante.

"Con i collaboratori che eseguono esperimenti di cellule migranti sospese, miriamo a scoprire come le cellule possono sfruttare i meccanismi che descriviamo, " hanno detto i ricercatori. "Vogliamo anche far luce sui dettagli molecolari di come il flusso della corteccia genera forze di taglio nel mezzo esterno, oltre la membrana cellulare. Sul versante teorico, crediamo che questo modello abbia ancora molte possibili varianti che possono produrre fenomeni interessanti che sarebbero rilevanti per una serie di dinamiche dell'actomiosina osservate negli organismi viventi".

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