Credito:Università Johns Hopkins
I ricercatori dell'Università di Toronto, della Johns Hopkins University e della Vanderbilt University hanno scoperto che alcune cellule si muovono sorprendentemente più velocemente in un fluido più denso - pensa al miele in opposizione all'acqua o al muco in opposizione al sangue - perché i loro bordi arruffati percepiscono la viscosità del loro ambiente e adattarsi per aumentare la loro velocità.
I loro risultati combinati nel cancro e nelle cellule dei fibroblasti, il tipo che spesso crea cicatrici nei tessuti, suggeriscono che la viscosità dell'ambiente circostante di una cellula contribuisce in modo importante alla malattia e può aiutare a spiegare la progressione del tumore, cicatrici nei polmoni pieni di muco affetti da cistica fibrosi e il processo di guarigione delle ferite.
Lo studio, "Membrane ruffling is a mechanosensor of extracellular fluid viscosity", pubblicato oggi su Nature Physics , getta nuova luce sugli ambienti cellulari, un'area di ricerca poco esplorata.
"Questo legame tra viscosità cellulare e attaccamento non è mai stato dimostrato prima", afferma Sergey Plotnikov, assistente professore presso il Dipartimento di biologia cellulare e dei sistemi presso la Facoltà di arti e scienze dell'Università di Toronto e co-autore dello studio . "Abbiamo scoperto che più spesso è l'ambiente circostante, più le cellule aderiscono al substrato e più velocemente si muovono, proprio come camminare su una superficie ghiacciata con scarpe chiodate, rispetto a scarpe senza aderenza."
Capire perché le cellule si comportano in questo modo sorprendente è importante perché i tumori del cancro creano un ambiente viscoso, il che significa che le cellule in diffusione possono spostarsi nei tumori più velocemente dei tessuti non cancerosi. Poiché i ricercatori hanno osservato che le cellule tumorali accelerano in un ambiente ispessito, hanno concluso che lo sviluppo di bordi arruffati nelle cellule tumorali può contribuire alla diffusione del cancro in altre aree del corpo.
Mirare alla risposta di diffusione nei fibroblasti, d'altra parte, può ridurre il danno tissutale nei polmoni pieni di muco affetti da fibrosi cistica. Poiché i fibroblasti arruffati si muovono rapidamente, sono il primo tipo di cellule a spostarsi attraverso il muco fino alla ferita, contribuendo alla cicatrizzazione piuttosto che alla guarigione. Questi risultati possono anche implicare che modificando la viscosità del muco del polmone, si può controllare il movimento cellulare.
"Mostrando come le cellule rispondono a ciò che li circonda e descrivendo le proprietà fisiche di quest'area, possiamo imparare cosa influenza il loro comportamento e, infine, come influenzarlo", afferma Ernest Iu, Ph.D. studente presso il Dipartimento di biologia cellulare e dei sistemi presso la Facoltà di arti e scienze dell'Università di Toronto e coautore dello studio.
Plotnikov aggiunge:"Ad esempio, forse se metti un liquido denso come il miele in una ferita, le cellule si muoveranno più in profondità e più velocemente in essa, curandola così in modo più efficace".
Plotnikov e Iu hanno utilizzato tecniche di microscopia avanzate per misurare la trazione che le cellule esercitano per muoversi e i cambiamenti nelle molecole strutturali all'interno delle cellule. Hanno confrontato le cellule del cancro e dei fibroblasti, che hanno i bordi arruffati, con le cellule con i bordi lisci. Hanno determinato che i bordi delle cellule increspati percepiscono l'ambiente ispessito, innescando una risposta che consente alla cellula di superare la resistenza:le increspature si appiattiscono, si allargano e si attaccano alla superficie circostante.
L'esperimento ha avuto origine presso la Johns Hopkins, dove Yun Chen, assistente professore presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica e autore principale dello studio, e Matthew Pittman, Ph.D. studente e primo autore, stavano esaminando per la prima volta il movimento delle cellule tumorali. Pittman ha creato una soluzione polimerica viscosa simile al muco, l'ha depositata su diversi tipi di cellule e ha visto che le cellule tumorali si muovevano più velocemente delle cellule non cancerose durante la migrazione attraverso il liquido denso. Per sondare ulteriormente questo comportamento, Chen ha collaborato con Plotnikov di U di T, specializzato nel push and pull del movimento cellulare.
Plotnikov rimase stupito dal cambiamento di velocità che entrava in un liquido denso e simile a muco. "Normalmente, osserviamo cambiamenti lenti e sottili al microscopio, ma potremmo vedere le cellule che si muovono due volte più velocemente in tempo reale e si diffondono fino a raddoppiare le loro dimensioni originali", afferma.
Tipicamente, il movimento cellulare dipende dalle proteine della miosina, che aiutano i muscoli a contrarsi. Plotnikov e Iu hanno pensato che fermare la miosina avrebbe impedito la diffusione delle cellule, tuttavia sono rimasti sorpresi quando le prove hanno mostrato che le cellule continuavano ad accelerare nonostante questa azione. Hanno invece scoperto che le colonne della proteina actina all'interno della cellula, che contribuisce alla contrazione muscolare, sono diventate più stabili in risposta al liquido denso, spingendo ulteriormente fuori il bordo della cellula.
I team stanno ora studiando come rallentare il movimento delle cellule arruffate attraverso ambienti ispessiti, che potrebbero aprire la porta a nuovi trattamenti per le persone affette da cancro e fibrosi cistica. + Esplora ulteriormente
