تحقیقات نشان می دهد سلولهای انسانی که در خوشه های مانند فراکتال جمع می شوند

در یافته ای که می تواند در شکل گیری بافت ، بهبود زخم و گسترش سرطان روشن شود ، یک مطالعه جدید نشان می دهد که سلولهای انسانی از قوانین مشابه ذرات غیر زنده پیروی می کنند تا ساختارهای شاخه ای مانند فراکتال را تشکیل دهند.

Providence ، R. I. [دانشگاه قهوه ای]-ساختارهای شاخه ای مانند درخت در همه جای بدن انسان وجود دارد ، از سیستم برونش در ریه ها گرفته تا مویرگهای عنکبوتی که خون را به اندام ها تأمین می کنند. محققان مدتهاست که برای درک سیگنالینگ سلولی مورد نیاز برای ساخت این ساختارهای پیچیده تلاش کرده اند ، اما تحقیقات جدید نشان می دهد که فیزیک ساده ممکن است نقش کم ارزش داشته باشد.

این تحقیق ، که در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم منتشر شده است ، نشان می دهد که تحت شرایط خاص ، سلولهای اپیتلیال انسانی طبق قوانین تجمع محدود به انتشار رفتار می کنند ، نظریه ای که خود مونتاژ ذرات معلق در یک مایع را توضیح می دهد. این مطالعه نشان داد که سلولهای کشت شده در تراکم پراکنده و مقادیر کم فاکتور رشد خود را در خوشه های شاخه ای مانند فراکتال ترتیب می دهند. فراکتال ها (الگویی که در آن زیرمجموعه های ریز مانند کل به نظر می رسند) تقریباً ابعاد دقیقی را دارند که با تجمع محدود به انتشار پیش بینی شده اند.

ایان ی. وونگ ، استادیار دانشکده مهندسی دانشگاه براون و نویسنده ارشد گفت: "آنچه برای من قابل توجه است این است که شما این نظریه فیزیکی ظریف را دارید که تجمع ذرات چسبنده را به طور تصادفی در حال حرکت و همچنین رفتار سلولهای مهاجرت را توضیح می دهد."روی کاغذ"در واقعیت ، سلول ها موجودات پیچیده ای هستند که روش های زیادی برای ارسال و دریافت سیگنال دارند ، اما در این حالت به نظر می رسد آنها به همان اندازه ذرات ساده تر و غیر زنده از همان قوانین پیروی می کنند."

Susan E. Leggett ، در حال حاضر یک محقق فوق دکترا در دانشگاه پرینستون و نویسنده اصلی مطالعه ، گفت: این یافته ها می تواند بینش هایی در مورد شکل گیری ساختارهای انشعاب در بدن و سایر فرآیندهای مهم بیولوژیکی ارائه دهد.

لگت ، که کار را به عنوان دکتری انجام داد ، گفت: "ما فکر می کنیم که این به طور بالقوه می تواند چیزی در مورد تشکیل بافت ، بهبود زخم ، تهاجم سرطان و سایر فرآیندی که سلولهای متحرک در بافتهای چند سلولی سازماندهی می شوند ، به ما بگوید."دانشجو در پاتوبیولوژی در براون.

هنگامی که او تحقیق را شروع کرد ، لگت در واقع در مورد یک سؤال بسیار متفاوت فکر می کرد. او می خواست در مورد چگونگی رفتار سلولها وقتی به تنهایی رفتار می کند ، به دور از تأثیر همسایگان خود ، اطلاعات بیشتری کسب کند. او به فرایندی معروف به اپیتلیال به انتقال مزانشیمی (EMT) علاقه مند است که در آن سلولهای اپیتلیال خوشه ای به سلولهای مزانشیمی حرکتی بیشتری منتقل می شوند. هنگامی که سلول ها از یکدیگر جدا می شوند ، این انتقال اتفاق می افتد.

لگت گفت: "انگیزه اصلی من برای سلولهای بذر در این شرایط با فاکتور کم رشد ، حفظ آنها در یک محیط کم چگالی بود تا بتوانیم EMT را مطالعه کنیم.""ما پیش بینی نکردیم که سلول ها تحت این تجمع قرار بگیرند ، که تقریباً روند معکوس است."

سلولهای موجود در کشتهای کم چگالی به طور تصادفی در اطراف حرکت می کنند تا اینکه با سلول دیگری در تماس باشند ، در این مرحله سلول ها به هم چسبیده و از حرکت خودداری می کنند. محققان نوشتند که در طی چند روز ، سلولهای خوشه ای خود را در ساختارهای بلند شاخه ای مانند "که به طرز چشمگیری یادآور ساختارهای شبیه به فراکتال بودند ، همراه با تجمع محدود به انتشار بودند ، جمع می کردند.

تجزیه و تحلیل بیشتر نشان داد که ابعاد فراکتال خوشه های سلولی (اندازه گیری از چگونگی بسته بندی شاخه ها) به حدود 1. 7 رسیده است ، که دقیقاً بعد فراکتال به صورت تجربی اندازه گیری می شود و به صورت نظری برای تجمع محدود شده از ذرات پیش بینی می شود.

محققان گفتند این واقعیت که سلولها ساختارهایی را شبیه به ماده بی جان تشکیل می دهند می توانند در درک چگونگی و چرا معماری های شاخه ای در زیست شناسی بسیار برجسته باشند.

وونگ گفت: "درک بهبود یافته از این رفتارهای جمعی ممکن است قوانین جدید طراحی را برای برنامه نویسی سلولها در معماری های بافت بزرگتر فراهم کند."

این کار توسط مؤسسات ملی بهداشت (T32ES007272 ، P30GM110759 ، R21CA212932) پشتیبانی شد. سایر نویسندگان این مقاله Zachary J. Neronha ، Dhananjay Bhaskar ، Jea Yun Sim و Theodora Myrto Perdikari بودند.