במכונוביולוגיה, כוחות התאים נחשבו בסיסיים לתפקודם המשופר, כולל הגירה מהירה. אבל קבוצת חוקרים מבית הספר להנדסה מק'קלווי באוניברסיטת וושינגטון בסנט לואיס מצאה שתאים יכולים ליצור ולהשתמש בכוח נמוך יותר אך לנוע מהר יותר מאשר תאים שיוצרים ומשתמשים בכוחות גבוהים, מה שהופך את ההנחה הישנה של כוח על ראשה .
המעבדה של עמית פתאק, פרופסור להנדסת מכונות ומדעי החומרים, מצאה שקבוצות תאים נעות מהר יותר בכוח נמוך יותר כשהן נצמדות למשטחים רכים עם סיבי קולגן מיושרים. חשבו שתאים מייצרים ללא הרף כוחות מכיוון שהם חייבים להתגבר על חיכוך וגרירה של הסביבה שלהם כדי לנוע. עם זאת, ניתן לצמצם צורך קונבנציונלי זה בכוחות בתנאים סביבתיים נוחים, כגון סיבים מיושרים. התוצאות שלהם, שפורסמו ב PLOS ביולוגיה חישובית 9 בינואר, הם הראשונים שהראו פעילות זו בנדידת תאים קולקטיבית.
פאתאק וחברי המעבדה שלו עקבו אחר התנועה של תאי אפיתל שד אנושיים במשך שנים, וקבעו שתאים נעים מהר יותר על משטח קשיח ונוקשה מאשר על משטח רך, שם הם נתקעים. למחקר שלהם יש השלכות על גרורות סרטן וריפוי פצעים.
במחקר החדש, הם גילו שתאים נדדו יותר מ-50% מהר יותר על סיבי קולגן מיושרים מאשר על סיבים אקראיים. בנוסף, הם גילו שתאים משתמשים בסיבים מיושרים כרמזים כיוונים כדי להנחות את הנדידה שלהם לקראת הרחבת הקבוצה שלהם.
תהינו אם אתה מפעיל כוח, ואין חיכוך, האם התאים יכולים להמשיך במהירות מבלי לייצר יותר כוח? הבנו שזה כנראה תלוי בסביבה. חשבנו שהם יהיו מהירים יותר על סיבים מיושרים, כמו פסי רכבת, אבל מה שהפתיע הוא שהם בעצם מייצרים כוחות נמוכים יותר ועדיין הולכים מהר יותר".
עמית פתאק, פרופסור להנדסת מכונות ומדעי החומרים, אוניברסיטת וושינגטון בסנט לואיס
אמרית באגצ'י, שקיבלה תואר דוקטור בהנדסת מכונות מ-MKelvey Engineering ב-2022 במעבדה של פאתאק וכיום היא חוקרת פוסט-דוקטורט במרכז למכאנו-ביולוגיה הנדסית באוניברסיטת פנסילבניה, עשתה מאמצים רבים כדי להקים את המחקר. באגצ'י יצר הידרוג'ל רך במעבדתו של מרקוס פוסטון, פרופסור חבר להנדסה סביבתית וכימית, במשך חודשים רבים במהלך מגיפת COVID-19, ולאחר מכן יישר את הסיבים באמצעות מגנט מיוחד בבית הספר לרפואה לפני הנחת התאים. זה כדי לעקוב אחר התנועה שלהם.
באגצ'י פיתח מודל מצמד רב-שכבתי שבו מנגנוני יצירת הכוח בתאים פועלים כמנוע, והמצמד מספק את המתיחה לתאים. באגצ'י המיר במומחיות את המודל עבור התאים הקולקטיביים באמצעות שלוש שכבות – אחת לתאים, אחת לסיבי הקולגן ואחת לג'ל המותאם שמתחתיו – שכולן תקשרו זו עם זו.
"למרות שתוצאות הניסוי הפתיעו אותנו בתחילה, הם סיפקו את הדחף לפתח מודל תיאורטי שיסביר את הפיזיקה מאחורי ההתנהגות המנוגדת לאינטואיציה הזו", אמר באגצ'י. "עם הזמן, הבנו שתאים משתמשים בסיבים מיושרים כפרוקסי לחווית כוחות חיכוך באופן השונה באופן משמעותי ממצב הסיבים האקראיים. התפיסה של המודל שלנו של מכנו-חישה ושידור מטריצה מנבאת גם התנהגויות נדידה קולקטיביות ידועות אחרות, כגון הפטוטקסיס ודורוטקסיס, המציעות מסגרת מאוחדת למדענים לחקור ולהרחיב אותו לנדידת תאים מעניינת אחרת פנוטיפים."
Bagchi A, Sarker B, Zhang J, Foston M, Pathak A. מצב מהיר אך יעיל בכוח של נדידת תאים קולקטיביים על-תאיים עקב העברת כוח חוץ-תאי. PLOS ביולוגיה חישובית9 בינואר 2025, DOI: https://journals.plos.org/ploscompbiol/article?id=10.1371/journal.pcbi.1012664.
עבודה זו נתמכה על ידי המכונים הלאומיים לבריאות (R35GM12876) והקרן הלאומית למדע (CMMI:154857 ו-CMMI 2209684).
