Миграция клеток, или то, как клетки перемещаются в организме, важна как для нормального функционирования организма, так и для прогрессирования заболевания.
Движение клеток — это то, что позволяет частям тела расти в нужном месте на ранних стадиях развития, заживлять раны и метастазировать опухоли.
За последнее столетие понимание исследователями миграции клеток ограничивалось эффектами биохимических сигналов, или хемотаксиса, которые заставляют клетку перемещаться из одного места в другое. Например, тип иммунных клеток, называемый нейтрофилами, мигрирует в области тела, в которых имеется более высокая концентрация белка IL-8, концентрация которой увеличивается во время инфекции.
Однако в последние два-три десятилетия ученые начали осознавать важность механических или физических факторов, которые играют роль в миграции клеток. Например, эпителиальные клетки молочной железы человека – клетки, выстилающие молочные протоки в груди – мигрируют к областям повышенной жесткости.
И теперь, вместо того, чтобы сосредоточиться только на влиянии «твердой» среды клеток, исследователи обращаются к их «жидкой» среде. В исследовании было обнаружено, что миграция клеток рака молочной железы человека усиливается за счет текучести и вязкости жидкостей, окружающих их, что проясняет один из факторов, влияющих на метастазирование опухолей.
Как жидкости влияют на миграцию клеток
Клетки человеческого организма постоянно подвергаются воздействию жидкостей различных физических свойств. Вода является одной из таких жидкостей, которая может направлять миграцию клеток.
Например, обнаружено, что то, как вода течет через мембраны клеток рака молочной железы, влияет на то, как они перемещаются и метастазируют. Это связано с тем, что количество воды, поступающей в клетку и из нее, заставляет ее сжиматься или набухать, вызывая движение путем перемещения различных частей клетки.
Вязкость или густота жидкостей организма варьируется от органа к органу и от состояния здоровья к заболеванию, и это также может влиять на миграцию клеток. Например, жидкость между раковыми клетками в опухолях более вязкая, чем жидкость между нормальными клетками в здоровых тканях.
Когда сравнили, насколько быстро клетки рака молочной железы движутся в ограниченных каналах, заполненных жидкостью нормальной вязкости, с жидкостью высокой вязкости, обнаружили, что клетки в каналах с высокой вязкостью, как ни странно, ускорялись на значительные 40%. Это открытие было неожиданным, поскольку фундаментальные законы физики говорят, что инертные частицы должны замедляться в жидкостях с высокой вязкостью из-за повышенного сопротивления.
Было обнаружено, что жидкости с высокой вязкостью сначала способствуют росту белковых нитей, называемых актином, которые открывают каналы в клеточной мембране и увеличивают потребление воды. Клетка расширяется из воды, активируя другой канал, который принимает ионы кальция. Эти ионы кальция активируют другой тип белковых нитей, называемый миозином, который заставляет клетку двигаться. Этот каскад событий заставляет клетки изменять свою структуру и генерировать больше силы, чтобы преодолеть сопротивление, создаваемое жидкостью высокой вязкости, а это означает, что клетки вообще не инертны.
Также было обнаружено, что клетки сохраняют «память» после воздействия среды с высокой вязкостью. Это означает, что если мы поместим клетки в среду с высокой вязкостью на несколько дней, а затем вернем их в среду с нормальной вязкостью, они все равно будут двигаться с более высокой скоростью. Как клетки сохраняют эту память, до сих пор остается открытым вопросом.
Результаты исследования были последовательными: клетки, предварительно подвергнутые воздействию среды с высокой вязкостью, имели повышенную способность просачиваться в окружающие ткани и метастазировать по сравнению с клетками, которые не подвергались предварительному воздействию. Этот результат демонстрирует, что вязкость жидкостей в окружающей клетке среде является механобиологическим сигналом, который способствует метастазированию раковых клеток.
Последствия для лечения рака
Больные раком обычно умирают не от первоначального источника опухоли, а от ее распространения на другие части тела.
Когда раковые клетки перемещаются по организму, они перемещаются в пространстве с различной вязкостью жидкости. Понимание того, как вязкость жидкости влияет на движение опухолевых клеток, может помочь исследователям найти способы лучшего лечения и выявления рака до того, как он метастазирует.
Следующим шагом является создание методов визуализации и анализа для точного изучения того, как клетки различных типов лабораторных животных реагируют на изменения вязкости жидкости. Идентификация молекул, которые регулируют реакцию клеток на изменения вязкости, может помочь исследователям определить потенциальные мишени для лекарств, способных уменьшить распространение рака.
