表面的曲率决定了生物细胞的迁移行为。它们优先沿着山谷或凹槽移动,同时避开山脊。这些研究结果发表在《美国国家科学院院刊》杂志上,由马克斯·普朗克动力学与自组织研究所(MPI-DS)和魏茨曼科学研究所贡献,产生了一个预测细胞行为的模型。这些普遍原则现在可以让我们更好地了解免疫细胞和癌细胞的迁移,为新的治疗选择铺平道路。

研究表明表面曲率如何驱动细胞迁移

体内细胞迁移是一种基本的生物现象。免疫细胞不断寻找病原体,癌细胞在体内迁移,引起转移。在身体内部,许多表面,例如组织、血管或突出物,都具有弯曲的形状。

MPI-DS主任EberhardBodenschatz解释说:“我们能够证明这些曲率直接影响细胞的运动模式。”科学家可以通过实验证明细胞更喜欢某些曲率而不是其他曲率,这种现象称为“趋化性”。

为了阐明这一机制,他们创建了一个囊泡的计算机模型,其中包含用于运动的活性细胞骨架成分。这种结构类似于在体内迁移的生物细胞。

“利用这个最小的细胞模型,我们系统地探索了各种曲面上的趋曲机制,”以色列魏茨曼科学研究所的Nir​​Gov报告说。“模型细胞显示出特定的迁移模式,例如,细胞沿着波浪形状的凹槽移动,同时避免沿着脊移动。”

这一观察结果催生了一种预测细胞行为的新模型。然后使用多种细胞类型通过实验验证模型的预测。因此,科学家们揭示了一种适用于许多不同类型的迁移细胞的细胞运动的通用机制。

在凸形或管状结构上,例如血管的外表面,细胞倾向于围绕该形状沿圆周移动。相反,在凹形结构(例如血管内部)上优选轴向向前或向后移动。

“我们的工作强调了物理原理如何塑造普遍行为,即使在复杂的生物学世界中也是如此,”博登沙茨总结道。