Представьте клетки, которые пробираются через сложный лабиринт, ориентируясь по химическим сигналам и рельефу окружающих тканей. Ученые из Университета Мэриленда (UMBC) сделали важное открытие о том, как клетки перемещаются в таком пространстве, используя в качестве модели яйцевую камеру плодовой мушки. Их работа поможет лучше понять механизмы рака и других болезней, а также усовершенствовать медицинские методы.

Исследование, опубликованное в журнале iScience, объединило биологические эксперименты и математическое моделирование. Оказалось, что движение клеток зависит не только от химических сигналов (так называемых хемоаттрактантов), но и от формы самой ткани.

Мы впервые показали, как геометрия ткани влияет на миграцию клеток, — говорит биолог Алекс Джордж, один из авторов работы.

Он сравнивает процесс с тем, как Гензель и Гретель шли по следу из хлебных крошек: на ровной поляне путь очевиден, но в лесу с оврагами крошки скапливаются неравномерно, и направление становится сложнее определить.

Математик Нагме Акхаван разработала модель, которая объяснила, почему в узких участках ткани клетки ускоряются, а в широких — замедляются.

Когда модель точно повторяет то, что мы видим в эксперименте, это настоящий успех, — добавляет она.

Исследование может пригодиться не только в биологии развития. Клеточная миграция играет ключевую роль в заживлении ран, работе иммунитета и распространении метастазов.

Раньше ученые изучали либо химические сигналы, либо структуру ткани, но мы впервые показали, как эти факторы взаимодействуют, — поясняет биолог Мишель Старз-Гаяно.

Сейчас команда продолжает эксперименты, используя передовые микроскопы, чтобы зафиксировать ранее невидимые детали движения клеток.

Мы разрабатываем новые методы, и это открывает неожиданные возможности, — говорит Старз-Гаяно.

Этот проект важен по нескольким причинам:

• Понимание метастазирования — если раковые клетки используют похожие механизмы для перемещения, можно создать лекарства, блокирующие их движение.
• Регенеративная медицина — управляя миграцией стволовых клеток, можно ускорять заживление тканей.
• Иммунология — лейкоциты движутся аналогичным образом, и знание их маршрутов поможет усилить иммунный ответ.

Главный прорыв — в объединении двух подходов: биологии и математики. Раньше их рассматривали отдельно, но теперь ясно, что химия и физическая структура среды работают в связке.

Хотя исследование проделано тщательно, модель пока проверена только на плодовых мушках. У млекопитающих ткани сложнее, и неизвестно, насколько эти данные универсальны. Кроме того, математическая модель упрощает реальность — в живом организме могут быть дополнительные факторы, которые пока не учтены.

Ранее ученые открыли механизм, с которым иммунитет останавливает метастазы.