Bagaimana geometri jaringan mempengaruhi pergerakan sel melalui tubuh – ScienceDaily

Bagaimana geometri jaringan mempengaruhi pergerakan sel melalui tubuh – ScienceDaily


Sel bergerak secara konstan ke seluruh tubuh kita, melakukan berbagai operasi yang penting untuk perkembangan jaringan, respon imun dan kesejahteraan umum. Kesibukan ini dipandu oleh isyarat kimiawi yang telah lama dipelajari oleh para ilmuwan yang tertarik pada migrasi seluler.

Untuk lebih memahami fenomena ini, tim ahli biologi dan fisikawan, yang dipimpin oleh Profesor Denise Montell dari UC Santa Barbara, menyelidiki efek geometri lingkungan biologis terhadap pergerakan sel. Dengan menggunakan model matematika dan lalat buah, kelompok tersebut menemukan bahwa ruang fisik memegang banyak pengaruh atas migrasi sel. Yakni, geometri jaringan dapat membuat jalur yang resistensinya paling kecil, yang memandu gerakan seluler. Wawasan ini, diterbitkan di jurnal Ilmu, adalah kemenangan untuk penelitian dasar dan dapat menemukan aplikasi di berbagai bidang seperti onkologi, ilmu saraf, dan biologi perkembangan.

Migrasi sel terarah adalah fitur penting dari proses biologis, baik normal maupun patologis. “Tanpa migrasi sel terarah, embrio tidak akan berkembang, luka tidak akan sembuh dan sistem kekebalan dan saraf tidak akan terbentuk atau berfungsi,” kata Montell, Profesor Duggan di Departemen Molekuler, Seluler, dan Perkembangan Biologi. “Namun migrasi sel juga berkontribusi terhadap peradangan dan metastasis kanker, jadi memahami mekanisme yang mendasari telah menarik banyak perhatian selama beberapa dekade.”

Para ilmuwan telah lama mengetahui bahwa sel-sel merasakan zat kimia yang menarik perhatian. Banyak yang mengira gradien kemo-atraktan adalah semua yang diperlukan sel untuk bermigrasi ke tempat yang dibutuhkan. Namun para peneliti sekarang semakin melihat bagaimana lingkungan fisik berkontribusi pada cara sel memilih jalurnya. Hal ini menghadirkan tantangan praktis, karena merekonstruksi geometri jaringan hidup dalam lingkungan buatan adalah tugas yang sulit.

Tim Montell bereksperimen dengan ovarium lalat buah – salah satu model migrasi sel yang paling awal dan paling banyak dipelajari – untuk mengetahui kontribusi dari berbagai faktor berbeda. Di dalam ovarium terdapat beberapa ruang telur yang terdiri dari 15 sel perawat dan satu oosit, atau sel telur yang sedang berkembang, di salah satu ujungnya. Sel perawat mendukung pertumbuhan sel telur.

Sekitar 850 sel folikel mengelilingi sel perawat dan oosit. Dari jumlah tersebut, sekelompok enam hingga delapan di ujung ruang telur, yang disebut sel perbatasan, terlepas dan bermigrasi di 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 secara tiba-tiba,” Montell mengakui, “tetapi ternyata, alam menggunakan kembali sesuatu, dan mekanisme yang digunakan sel-sel ini untuk bergerak sangat mirip, bahkan di detail molekuler, tentang bagaimana sel kanker bergerak. “

Ada dua komponen migrasi sel perbatasan. Mereka jelas bergerak dari anterior ke posterior ruang telur. Namun, apa yang kurang dihargai sampai sekarang adalah bahwa mereka juga tetap berada di pusat daripada pindah ke pinggiran ruangan dalam perjalanan mereka, meskipun memiliki sekitar 40 jalur samping berbeda yang dapat mereka ambil.

Para peneliti menemukan bahwa kemo-atraktan tidak dapat menjelaskan pilihan jalur pusat – sesuatu yang lain harus menjaga sel perbatasan di sepanjang jalurnya. Faktanya, ketika mereka melumpuhkan kemampuan sel untuk mendeteksi sinyal kimiawi, para peneliti menemukan bahwa sel-sel itu masih berada di tengah ruang telur, meskipun mereka tidak lagi sampai ke oosit di ujung yang berlawanan.

Ruang telur diisi dengan banyak sel, yang menimbulkan masalah penumpukan seperti mengemas bola ke dalam peti. Matematikawan telah mengerjakan soal-soal seperti ini selama berabad-abad dan menemukan bahwa ada lebih banyak ruang di area di mana lebih banyak sel berkumpul. Tim mengkonfirmasi hal ini dengan mencelupkan ruang telur ke dalam cairan fluoresen yang mengisi celah di antara sel.

“Tampaknya sel perbatasan memilih pusat karena itu adalah tempat di mana ada sedikit lebih banyak ruang,” kata Montell. “Yang paling mengejutkan adalah bahwa ruang fisik sangat kecil, jauh lebih kecil daripada objek yang bergerak melewatinya. Ruang kecil inilah yang membuat perbedaan.”

Co-lead author Wei Dai, mantan peneliti postdoctoral di lab Montell, dengan hati-hati mempelajari ruang telur di bawah mikroskop dan dengan susah payah menciptakan kembali susunan sel dalam model 3D. Hal ini memungkinkan fisikawan dalam proyek tersebut – Yuansheng Cao dan Wouter-Jan Rappel dari UC San Diego dan Nir Gov dari Weizmann Institute of Science di Israel – untuk membuat model matematis dari sistem yang digunakan untuk menjalankan simulasi.

Putra Montell, seorang direktur teknis di Pixar Animation Studios, kemudian dapat menempatkan hasil model matematika tersebut ke dalam reka ulang 3D ruang telur. Hasil tersebut mendukung hipotesis bahwa sedikit ruang ekstra di antara sel menciptakan jalur yang optimal.

Untuk memastikan bahwa geometri ruang bawah tanah benar-benar bertanggung jawab atas jalur sel perbatasan, penulis utama makalah lainnya Xiaoran Guo, seorang mahasiswa doktoral di lab Montell, mengamati ruang telur yang bermutasi dengan 31 sel perawat, bukan 15 sel perawat biasa. kasus yang lebih padat, sel perbatasan masih memilih jalur melalui area dengan persimpangan seluler paling banyak, daripada pusat fisik ruang telur.

“Geometri jaringan menciptakan jalur pusat dengan resistensi paling rendah, yang memberikan informasi arah yang sama pentingnya dengan yang disediakan oleh kemo-atraktan,” kata Montell, menambahkan bahwa selama 15 tahun sinyal kimia dianggap sebagai satu-satunya petunjuk petunjuk.

Dia menduga sejumlah faktor berbeda yang mendasari perilaku sel. Saat bepergian, sel-sel perbatasan menjelajahi sekelilingnya dengan memperluas proyeksi kecil membran sel, yang kira-kira berukuran sama dengan celah di antara sel perawat. Selain itu, sel perawat disatukan dengan protein di tempat mereka bersentuhan. Dengan melakukan perjalanan melalui celah di mana beberapa sel bertemu, sel perbatasan tidak perlu memutuskan semua ikatan ini untuk lolos.

Hasil studi tersebut menunjukkan bahwa para ilmuwan perlu mempertimbangkan pengaruh lingkungan fisik untuk semua jenis kejadian di mana sel bermigrasi melalui ruang sempit; misalnya, perkembangan otak atau pergerakan sel kekebalan melalui kelenjar getah bening dan tumor.

“Memasukkan sel kekebalan ke dalam tumor bisa menjadi tantangan, dan mungkin bagian dari itu adalah tantangan geometri jaringan,” kata Montell. “Siapa sangka bahwa yang benar-benar perlu kita lakukan adalah melonggarkan tumor untuk membantu sel kekebalan masuk.

“Penemuan ini menambahkan konsep baru pada cara kita berpikir tentang apa yang tertarik pada sel dan bagaimana mereka bergerak.”

Untuk Informasi Lebih lanjut silahkan Kunjungi : Data SGP

Author Image
adminProzen