Коллективное перемещение клеток учёные уподобили организованному хаосу: сила и направление движения варьируются по всей группе, но в целом перемещение происходит в нужном направлении.

Считается, что движение клеток происходит в соответствии с определёнными химическими указателями: клетки перемещаются туда, где концентрация интересующего их вещества больше — или, напротив, меньше, если вещество опасно. При этом говорят, что движение происходит по градиенту концентрации какого-то конкретного вещества. Одновременно клетка может руководствоваться адгезией, «прилипанием» к поверхности, по которой она перемещается, или к соседям, между которыми проползает. У многоклеточных перемещение клеток внутри организма происходит под руководством специальных веществ, называемых морфогенами. Эти морфогены, как считается, руководят формированием тканей, ростом и развитием зародыша и т. д.

Передвижение обычно изучается на уровне единичной клетки, в то время как существует целый ряд явлений, когда клетки перемещаются целыми компаниями. Это происходит в таких жизненно важных процессах, как формирование эмбриона или заживление ран; но при этом целые группы клеток участвуют в ненормальных миграциях, сопровождающих раковые заболевания.

Рис. 1. Почти заполненный монослой культуры нервных стволовых клеток на чашке Петри (фото thezygo).

Исследователи, представляющие факультет здравоохранения Гарвардского университета (США), вместе с учёными из Каталонского института биоинженерии (Испания) предприняли попытку узнать, какие силы и как действуют на целые группы клеток во время их путешествий. Ради этого была разработана специальная методика «микроскопии давления в монослое», которая позволила измерить силы, действующие внутри и между клеточными комплексами.

В журнале Nature Materials исследователи описывают явление, которое они назвали «плитотаксис» (от греческого «плитос» — «множество», «рой», «толчея, толпа»). Движение клеток, если оценивать его по силе и направленности взаимодействия между участниками, оказалось не таким уж упорядоченным и направленным, как этого можно было ожидать.

Путешествие клеток изучалось в культуральном монослое, и этот клеточный монослой, по словам учёных, напоминал танцпол на рок-концерте: клетки толкали и тянули друг друга во всех возможных направлениях; сила, измеряемая в ходе эксперимента, демонстрировала непредсказуемые пики и спады при движении через монослой. И всё-таки в итоге клетки двигались в нужном направлении, то есть своим движением они демонстрировали упорядоченный хаос. Скорее всего, делавшие «неправильный шаг» корректировались соседями, и общее направление движения не страдало.

Результаты работы представляют большую важность не только с теоретической, но и с практической точки зрения: знание механизма массового движения клеток способно помочь в стимуляции регенерации повреждённых тканей и заживлении ран и предотвратить метастазирование злокачественных опухолей.

Результаты исследований опубликованы в статье:

Dhananjay T. Tambe, C. Corey Hardin, Thomas E. Angelini, Kavitha Rajendran, Chan Young Park, Xavier Serra-Picamal, Enhua H. Zhou, Muhammad H. Zaman, James P. Butler, David A. Weitz, Jeffrey J. Fredberg & Xavier Trepat Collective cell guidance by cooperative intercellular forces.  – Nature Materials. – 2011. – V.10. – P. 469–475; doi:10.1038/nmat3025; Published online 22 May 2011.