سلول ها برای هماهنگ کردن حرکت به صورت امواج ارتباط برقرار می کنند

مانند ما، سلول ها با هم ارتباط برقرار می کنند. خب به روش خاص خودشون سلول ها با استفاده از امواج به عنوان زبان مشترک خود به یکدیگر می گویند کجا و چه زمانی حرکت کنند. آن‌ها صحبت می‌کنند، اطلاعات را به اشتراک می‌گذارند، و با هم کار می‌کنند – بسیار شبیه به تیم بین‌رشته‌ای از محققان مؤسسه علم و فناوری اتریش (ISTA) و دانشگاه ملی سنگاپور (NUS). آنها تحقیقاتی را در مورد نحوه ارتباط سلول ها انجام دادند – و این که چگونه برای پروژه های آینده مهم است، به عنوان مثال کاربرد در بهبود زخم.

وقتی به زیست شناسی فکر می کنید چه چیزی به ذهن شما می رسد؟ حیوانات، گیاهان، مدل های کامپیوتری نظری؟ مورد آخر، ممکن است فوراً با آن ارتباط نداشته باشید، اگرچه بخش عمده ای از تحقیقات بیولوژیکی است. دقیقاً این محاسبات است که به درک پدیده های پیچیده زیستی، تا پنهان ترین جزئیات کمک می کند. پروفسور ISTA، ادوارد هانزو، آنها را برای درک اصول فیزیکی در سیستم های بیولوژیکی به کار می برد. آخرین کار گروه او بینش جدیدی در مورد چگونگی حرکت سلول ها و برقراری ارتباط در داخل بافت زنده به دست می دهد.

دانیل بوکوک در طول دوره دکترای خود، همراه با هانزو و همکار طولانی مدت تسویوشی هیراشیما از دانشگاه ملی سنگاپور، یک مدل نظری جدید دقیق را توسعه دادند که امروز در مجله منتشر شده است. PRX Life. این اجازه می دهد تا درک بهتری از ارتباطات دوربرد سلول-سلول داشته باشیم و نیروهای مکانیکی پیچیده ای که سلول ها به یکدیگر اعمال می کنند و فعالیت بیوشیمیایی آنها را توصیف می کند.

سلول ها به صورت امواج ارتباط برقرار می کنند

فرض کنید یک ظرف پتری دارید که با سلول های تک لایه پوشانده شده است. به نظر می رسد که فقط آنجا می نشینند. اما حقیقت این است که حرکت می‌کنند، می‌چرخند و خود به خود رفتارهای آشفته‌ای انجام می‌دهند.”

ادوارد هانزو، پروفسور ISTA

مانند یک جمعیت متراکم در کنسرت، اگر یک سلول به یک طرف بکشد، سلول دیگر عمل را حس می‌کند و می‌تواند با رفتن در همان جهت یا کشیدن به سمت مخالف واکنش نشان دهد. سپس اطلاعات می‌توانند در امواجی منتشر شوند و در زیر میکروسکوپ قابل مشاهده باشند.

هانزو ادامه می‌دهد: «سلول‌ها نه تنها نیروهای مکانیکی را حس می‌کنند، بلکه محیط شیمیایی خود را نیز حس می‌کنند؛ نیروها و سیگنال‌های بیوشیمیایی که سلول‌ها بر یکدیگر اعمال می‌کنند». “ارتباطات آنها برهمکنشی از فعالیت های بیوشیمیایی، رفتار فیزیکی و حرکت است؛ با این حال، میزان هر یک از شیوه های ارتباطی و نحوه عملکرد چنین فعل و انفعالات مکانیکی شیمیایی در بافت های زنده تا به حال نامعلوم بوده است.”

پیش بینی الگوهای حرکتی

هدف دانشمندان با هدایت امواج بصری، ایجاد یک مدل تئوری پیگیری بود که نظریه قبلی آنها را در مورد چگونگی حرکت سلول ها از یک منطقه به منطقه دیگر تأیید کند. دانیل بوکوک توضیح می‌دهد: “در کار قبلی‌مان، ما می‌خواستیم منشا بیوفیزیکی امواج و اینکه آیا آنها در سازماندهی مهاجرت سلولی نقشی دارند یا خیر. با این حال، انتقال مایع به جامد بافت، نویز را در نظر نگرفته بودیم. ذاتی سیستم یا ساختار دقیق امواج در دوبعدی.”

آخرین مدل کامپیوتری آنها به تحرک سلولی و خواص مواد بافت توجه دارد. بوکوک و هانزو با آن دریافتند که سلول ها چگونه به صورت مکانیکی و شیمیایی ارتباط برقرار می کنند و چگونه حرکت می کنند. آنها توانستند پدیده های مشاهده شده در ظروف پتری را تکرار کنند و توضیح نظری ارتباطات سلولی را بر اساس قوانین فیزیکی تأیید کنند.

تست تئوری

برای اثبات تجربی، بوکوک و هانزو با بیوفیزیکدان تسویوشی هیراشیما همکاری کردند. برای آزمایش دقیق اینکه آیا مدل جدید برای سیستم‌های بیولوژیکی واقعی قابل اجرا است، دانشمندان از تک‌لایه‌های دو بعدی سلول‌های MDCK – سلول‌های کلیه پستانداران خاص – استفاده کردند که یک مدل کلاسیک آزمایشگاهی برای چنین تحقیقاتی هستند.

هانزو توضیح می‌دهد: «اگر یک مسیر سیگنال‌دهی شیمیایی را که به سلول‌ها امکان حس و تولید نیرو را می‌دهد، مهار کنیم، سلول‌ها از حرکت باز می‌مانند و هیچ امواج ارتباطی پخش نمی‌شود.» با تئوری ما، ما به راحتی می توانیم اجزای مختلف سیستم پیچیده را تغییر دهیم و تعیین کنیم که چگونه پویایی بافت سازگار است.

بعدش چی؟

بافت سلولی از جهاتی شبیه کریستال های مایع است: مانند یک مایع جریان دارد اما مانند یک کریستال مرتب شده است. Boocock می افزاید: “به ویژه، رفتار شبیه کریستال مایع بافت بیولوژیکی تنها مستقل از امواج مکانیکی شیمیایی مورد مطالعه قرار گرفته است.” گسترش بافت های سه بعدی یا تک لایه ها با اشکال پیچیده، درست مانند موجودات زنده، یکی از راه های احتمالی آینده برای بررسی است.

محققان همچنین شروع به بهینه سازی مدل با توجه به بهبود زخم کرده اند. در جایی که پارامترها جریان اطلاعات را بهبود می بخشند، در شبیه سازی های کامپیوتری شفا سریع تر شده است. هانزو با اشتیاق اضافه می‌کند: «آنچه واقعاً جالب است این است که مدل ما چقدر برای بهبود زخم در سلول‌های موجودات زنده کار می‌کند».