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Gli scienziati si occupano da tempo di cercare di capire come si muovono le cellule, ad esempio alla ricerca di nuovi modi per controllare la diffusione del cancro. Il campo della biologia continua a illuminare i processi infinitamente complessi mediante i quali le raccolte di cellule comunicano, si adattano e si organizzano lungo percorsi biochimici.
Passando alle leggi della fisica, i ricercatori dello Yale Systems Biology Institute hanno dato una nuova occhiata a come si muovono le cellule, rivelando somiglianze tra il comportamento del tessuto cellulare e le più semplici goccioline d'acqua.
"Prendiamo una prospettiva diversa su come il movimento cellulare è determinato dalle proprietà dei tessuti in cui si trovano piuttosto che da come agiscono individualmente", ha affermato Michael Murrell, professore associato di ingegneria biomedica e fisica e autore senior di una serie di articoli che descrivono il lavoro.
Pubblicato in Lettere di revisione fisica , gli esperimenti iniziali del gruppo hanno utilizzato tecniche meccaniche per misurare la tensione superficiale di una semplice "palla" di tessuto cellulare per rivelare somiglianze con le proprietà termodinamiche delle goccioline d'acqua, ma con differenze evidenti.
"Con una goccia d'acqua la tensione superficiale è costante e non cambia con la dimensione della goccia", ha affermato Murrell. Tuttavia, gli scienziati hanno scoperto che nel caso di una "gocciolina" di cellule tumorali la tensione superficiale dipendeva dalle dimensioni:più piccolo è il tessuto, maggiore è la tensione superficiale e maggiore è la pressione all'interno del tessuto.
Successivamente, il team ha applicato un gradiente di tensione superficiale per mostrare che le cellule all'interno del tessuto si sono mosse rapidamente e collettivamente, proprio come il modo in cui la superficie dell'acqua si muove quando viene aggiunto il detersivo. I loro risultati sono stati pubblicati in Physical Review Fluids .
Questo cosiddetto effetto "Marangoni" si verifica quando le forze sulla superficie di un tessuto guidano il movimento delle cellule all'interno.
Per completare il puzzle, gli scienziati hanno permesso al tessuto di aderire a una superficie, imitando il modo in cui un tumore cresce e si diffonde. Le cellule emersero dalla sfera di tessuto come goccioline d'acqua che "bagnavano" una superficie ricettiva o idrofila. In alcune condizioni, la bagnatura ha aumentato la pressione interna del tessuto, aiutando a spingere fuori le cellule.
Pubblicato oggi in Physical Review X , questi risultati gettano nuova luce sul grado in cui le cellule "migrano" o se la pressione della tensione superficiale promuove il movimento cellulare.
"Quando si pensa a tutto ciò che scorre, di solito si pensa a un gradiente di pressione", ha affermato Vikrant Yadav, ricercatore presso il Murrell Lab e co-primo autore di tutti e tre gli studi. "Quello che mostriamo qui è che le proprietà di massa del tessuto, inclusa la tensione superficiale e la pressione, contano quando si tratta della capacità delle cellule di migrare fuori da un tumore modello". + Esplora ulteriormente
