Ilmuwan Menggunakan Geometri untuk Melacak Migrasi Sel

Ilmuwan Menggunakan Geometri untuk Melacak Migrasi Sel


Newswise – Sel secara konstan bergerak ke seluruh tubuh kita, melakukan fungsi-fungsi penting untuk perkembangan jaringan, respon imun dan kesejahteraan umum. Penggerak ini — ciri penting dari proses biologis, baik normal maupun patologis — dipandu oleh isyarat kimiawi yang telah lama dipelajari oleh para ilmuwan yang tertarik pada migrasi sel.

Tetapi tim fisikawan dan ahli biologi di UC San Diego dan UC Santa Barbara mengambil rute yang berbeda dengan menyelidiki efek geometri lingkungan biologis terhadap pergerakan sel. Dengan menggunakan model matematika dan lalat buah, kelompok tersebut menemukan bahwa ruang fisik juga mempengaruhi migrasi sel. Yakni, geometri jaringan dapat membuat jalur dengan hambatan paling kecil yang memandu gerakan seluler. Wawasan ini, yang diterbitkan dalam jurnal Science, merupakan kemenangan untuk penelitian dasar dan dapat menemukan aplikasi di berbagai bidang seperti onkologi, ilmu saraf, dan biologi perkembangan.

Sebelum penelitian, menurut Fisikawan UC San Diego Wouter-Jan Rappel, diyakini bahwa gradien kimia, atau kemo-atraktan, cukup untuk memandu migrasi. Namun, temuan studi tersebut menunjukkan bahwa topografi — fitur permukaan sel — juga dapat menjadi faktor penentu, memilih jalur dengan resistensi paling rendah yang terkonsentrasi di dekat bagian tengah ruang telur.

Pada lalat buah, sekitar 850 sel folikel mengelilingi sel perawat dan oosit — sel yang belum matang. Dari jumlah tersebut, sekelompok enam hingga delapan di ujung ruang telur, yang disebut sel perbatasan, melepaskan dan bermigrasi antara sel perawat ke oosit di mana mereka sangat penting dalam perkembangan akhir telur. Tidak hanya sistem ini memberikan model yang sempurna untuk mempelajari gerakan seluler secara umum, cluster sel perbatasan berperilaku sangat mirip dengan kanker yang bermetastasis.

“Pada awalnya, sistem mungkin tampak sangat kabur dan misterius untuk dipilih tiba-tiba,” kata Denise Montell, Profesor Duggan UC Santa Barbara di Departemen Biologi Molekuler, Seluler dan Perkembangan, yang memimpin penelitian, “tapi ternyata keluar, alam menggunakan kembali benda-benda, dan mekanisme yang digunakan sel-sel ini untuk bergerak sangat mirip, bahkan dalam detail molekuler, dengan cara sel kanker bergerak. “

Montell menjelaskan bahwa tanpa migrasi sel terarah, embrio tidak akan berkembang, luka tidak akan sembuh dan sistem kekebalan dan saraf tidak akan terbentuk atau berfungsi. “Namun migrasi sel juga berkontribusi terhadap peradangan dan metastasis kanker, jadi memahami mekanisme yang mendasari telah menarik banyak perhatian selama beberapa dekade,” katanya.

Melihat bagaimana lingkungan fisik berkontribusi pada cara sel memilih jalurnya menghadirkan tantangan praktis, karena merekonstruksi geometri jaringan hidup dalam lingkungan buatan adalah tugas yang sulit. Inilah mengapa tim Montell bereksperimen dengan ovarium lalat buah — salah satu model migrasi sel yang paling awal dan paling banyak dipelajari — untuk mengetahui kontribusi berbagai faktor.

“Sebagian besar penelitian kami sebelumnya melibatkan pengamatan pada migrasi sel tunggal dengan adanya gradien kimiawi,” jelas Rappel. “Masalah migrasi sel perbatasan di Drosophila (lalat buah biasa) sangat menarik bagi kami karena melibatkan sekelompok kecil sel di lingkungan yang kompleks. Hasil dari kelompok Prof. Montell ini sangat menarik dan menarik, karena mereka menunjukkan bahwa bimbingan kimia tidak dapat menjelaskan semua hasil. Oleh karena itu, untuk memahami hasil sepenuhnya, kami perlu mengusulkan dan menguji mekanisme baru. ”

Menurut Rappel, peristiwa mekanis memainkan peran penting dalam migrasi sel, yang dapat dijelaskan menggunakan kerangka fisika — khususnya, pembentukan gaya protrusif, kontraktil, dan adhesi. Jadi, tim menggunakan konsep berbasis fisika untuk menentukan hukuman energik untuk sekelompok sel yang bergerak ke ruang, atau lubang, di antara sel yang jauh lebih besar.

Ilmuwan peneliti di UC San Diego Department of Physics menjelaskan bahwa dengan pendekatan ini, para ilmuwan dapat menunjukkan bahwa ruang yang dibentuk oleh persimpangan lebih dari dua sel secara energik lebih disukai daripada ruang dua persimpangan yang lebih umum. Profesor Nir Gov, Departemen Fisika Kimia di Weizmann Institute of Science di Israel, berkontribusi pada aspek penelitian ini. Tim kemudian menggunakan model dinamis, juga berdasarkan energi dan gaya, untuk menentukan bagaimana kelompok sel ini bermigrasi melalui topografi ruang telur yang ditentukan secara eksperimental. Rappel dan sarjana postdoctoral Yuangsheng Cao mendemonstrasikan bahwa topografi eksperimental menghasilkan jalur yang terletak di tengah ruang telur.

Studi ini memperjelas bahwa para ilmuwan perlu mempertimbangkan pengaruh lingkungan fisik untuk semua jenis contoh di mana sel bermigrasi melalui ruang sempit; misalnya, perkembangan otak atau pergerakan sel kekebalan melalui kelenjar getah bening dan tumor.

Para peneliti yakin bahwa temuan mereka dapat memiliki implikasi signifikan dalam beberapa proses biologis, termasuk metastasis sel kanker. Di sana, sel dan kelompok kecil sel bernavigasi melalui lingkungan yang kompleks. Memahami bagaimana navigasi ini bergantung pada topografi dapat memiliki implikasi terapeutik.

Penelitian ini didukung oleh National Institutes of Health (hibah no. GM46425), National Science Foundation (hibah no. PHY-1707637), American Chemical Society (hibah no. PF-17-024-01-CSM); Penggunaan Fasilitas Mikroskopi NRI-MCDB dan workstation komputer Imaris didukung oleh Kantor Direktur, NIH (penghargaan no. S10OD010610).


Diposting Oleh : http://54.248.59.145/

About the author