像我们一样细胞也进行交流

像我们一样，细胞也进行交流。嗯，以他们自己特殊的方式。细胞利用波作为共同语言，告诉彼此何时何地移动。他们交谈、分享信息并一起工作——就像奥地利科学技术研究所 (ISTA) 和新加坡国立大学 (NUS) 的跨学科研究团队一样。他们研究了细胞如何沟通，以及这对未来项目的重要性，例如应用于伤口愈合。

当你想到生物学时你会想到什么?动物、植物、理论计算机模型?最后一个，你可能不会立即联想到它，尽管它是生物学研究的一个主要部分。正是这些计算有助于理解复杂的生物现象，甚至是最隐藏的细节。ISTA 教授 Edouard Hannezo 应用它们来理解生物系统中的物理原理。他的团队的最新工作为细胞如何在活组织内移动和交流提供了新的见解。

在攻读博士学位期间，Daniel Boocock 与 Hannezo 以及新加坡国立大学的长期合作者 Tsuyoshi Hirashima 一起开发了一个详细的新理论模型，该模型今天发表在《PRX Life》杂志上。它可以更好地理解远程细胞间通讯，并描述细胞彼此施加的复杂机械力及其生化活性。

细胞以波的方式进行交流

“假设你有一个覆盖着细胞的培养皿——单层细胞。他们似乎只是坐在那里。但事实是它们会移动、旋转，并且会自发地做出混乱的行为，”汉内佐解释道。

与音乐会上密集的人群类似，如果一个细胞向一侧拉动，另一个细胞会感知到这一动作，并可以通过朝相同方向或向相反方向拉动来做出反应。然后信息可以以波的形式传播和传播——在显微镜下可见的波。

“细胞不仅能感知机械力，还能感知它们的化学环境——细胞相互施加的力和生化信号，”Hannezo 继续说道。“他们的交流是生化活动、身体行为和运动的相互作用;然而，每种通讯方式的范围以及这种机械化学相互作用如何在活体组织中发挥作用，到目前为止一直难以捉摸。”

预测运动模式

在波浪视觉的驱动下，科学家们的目标是建立一个理论后续模型，以验证他们之前关于细胞如何从一个区域移动到下一个区域的理论。Daniel Boocock 解释说：“在我们早期的工作中，我们想要揭示波的生物物理起源，以及它们是否在组织集体细胞迁移中发挥作用。然而，我们没有考虑组织的液固转变、系统固有的噪声或二维波的详细结构。”

他们最新的计算机模型关注细胞运动和组织的材料特性。布科克和汉内佐利用它发现了细胞如何进行机械和化学通讯以及它们如何移动。他们能够复制在培养皿中观察到的现象，验证基于物理定律的细胞通信的理论解释。

测试理论

为了获得实验证明，Boocock 和 Hannezo 与生物物理学家 Tsuyoshi Hirashima 合作。为了严格测试新模型是否适用于真实的生物系统，科学家们使用了 MDCK 细胞(特定哺乳动物肾细胞)的二维单层，这是此类研究的经典体外模型。

“如果我们抑制允许细胞感知和产生力的化学信号通路，细胞就会停止移动，并且通讯波不会传播，”汉内佐解释道。“利用我们的理论，我们可以轻松改变复杂系统的不同组成部分，并确定组织的动力学如何适应。”

下一步是什么?

细胞组织在某些方面类似于液晶：它像液体一样流动，但像晶体一样排列。布科克补充道：“特别是，生物组织的类液晶行为仅在独立于机械化学波的情况下进行了研究。” 扩展到具有复杂形状的 3D 组织或单层细胞(就像活生物体一样)是未来可能的研究途径之一。

研究人员还开始优化伤口愈合方面的模型。在计算机模拟中，当参数改善信息流时，治愈就会加速。Hannezo 热情地补充道：“真正有趣的是我们的模型对于活体细胞内伤口愈合的效果如何。”