この記事はもともと 会話.
細胞移動、または細胞が体内でどのように動くかは、正常な身体機能と病気の進行の両方に不可欠です. 細胞の動きは、発達の初期段階で体の一部が適切な場所で成長し、傷が治り、腫瘍が転移することを可能にします.
前世紀にわたって、研究者が細胞移動を理解する方法は、生化学的シグナルの影響に限定されていました。 走化性、細胞がある場所から別の場所に移動するように指示します。 たとえば、好中球と呼ばれる免疫細胞の一種は、体の中で好中球のある領域に向かって移動します。 IL-8と呼ばれる高濃度のタンパク質、感染中に増加します。
しかし、過去 20 年から 30 年の間に、科学者は、その重要性を認識し始めました。 機械的または物理的要因 細胞移動に関与しています。 例えば、ヒト乳腺上皮細胞 – 乳房の乳管の内側を覆う細胞 – 硬さが増している領域に向かって移動する 剛性勾配のあるサーフェスに配置した場合。
そして今、研究者は細胞の「固体」環境の影響だけに注目するのではなく、「流体」環境に目を向けています。 として 理論家 応用数学の訓練を受けた私は、数学モデルを使用して細胞生物学の背後にある物理学を理解しています。 私の同僚 ショーン・X・サン と コンスタンティノス・コンスタントプロス 私はその方法を発見した 先駆的な科学者の一人でした 水と油圧 理論モデルとラボ実験を通じて細胞移動に影響を与えます。 最近発表された研究では、ヒト乳癌細胞の遊走は、 フロー と 粘度 腫瘍の転移に影響を与える要因の 1 つが明らかになりました。
流体が細胞移動に与える影響
人体の細胞は常に液体にさらされています。 異なる物性. 水は、細胞移動を指示できるそのような液体の 1 つです。 たとえば、 水が膜を横切って流れる方法 乳癌細胞の移動と転移の仕方に影響を与えます。 これは、細胞に出入りする水の量が細胞を収縮または膨張させ、細胞のさまざまな部分を移動させることによって動きを誘発するためです.
体液の粘性または厚さは、臓器や健康状態によって異なり、細胞の移動にも影響を与える可能性があります。 たとえば、腫瘍内のがん細胞間の液体は、健康な組織内の正常な細胞間の液体よりも粘性があります。 通常の粘度の流体と高粘度の流体で満たされた閉じ込められたチャネル内で乳癌細胞が移動する速さを比較したところ、高粘度のチャネル内の細胞は 直感に反してスピードアップ 大幅に 40% 増加しました。 この発見は予期せぬものでした。なぜなら、物理学の基本法則は、不活性粒子は高粘度の流体では抵抗の増加により速度が低下するはずだからです。
この驚くべき結果の背後にあるメカニズムを解明したかったのです。 そのため、このプロセスに関与している分子を特定し、高粘度環境で細胞の運動性を高める一連のイベントを発見しました。
高粘度の流体は、最初にアクチンと呼ばれるタンパク質フィラメントの成長を促進し、細胞膜のチャネルを開き、水分摂取量を増加させることを発見しました。 細胞は水から膨張し、カルシウムイオンを取り込む別のチャネルを活性化します. これらのカルシウムイオンは、ミオシンと呼ばれる別のタイプのタンパク質フィラメントを活性化し、細胞の動きを誘導します. このカスケードのイベントは、細胞がその構造を変化させ、高粘度流体によって課される抵抗を克服するためにより多くの力を生成するように誘導します。つまり、細胞はまったく不活性ではありません.
また、高粘度の培地にさらされた後、細胞が「記憶」を保持していることも発見しました。 これは、細胞を高粘度の培地に数日間入れてから通常の粘度の培地に戻しても、細胞はより速い速度で移動することを意味していました. 細胞がこの記憶をどのように保持するかは、まだ未解決の問題です。
次に、粘性記憶に関する発見が、ペトリ皿だけでなく動物でも当てはまるかどうか疑問に思いました. そこで、ヒト乳癌細胞を高粘度の培地に6日間さらした後、通常の粘度の培地に入れました。 次に、細胞をニワトリの胚とマウスに注入しました。
私たちの結果は一貫していました。高粘度の培地に事前に曝露された細胞は、事前に曝露されていない細胞と比較して、周囲の組織に漏れ出し、転移する能力が増加しました。 この結果は、細胞の周囲環境における流体の粘度が、癌細胞の転移を促進する機械生物学的手がかりであることを示しています。
がん治療への影響
がん患者は通常、腫瘍の元の発生源では死亡しませんが、その原因で死亡します。 体の他の部分に広がる.
がん細胞が体内を移動するとき、それらはさまざまな流体粘度を持つ空間に移動します。 流体の粘性が腫瘍細胞の動きにどのように影響するかを理解することは、研究者ががんをより適切に治療し、転移する前に検出する方法を見つけるのに役立つ可能性があります。
次のステップは、さまざまな種類の実験動物の細胞が液体粘度の変化にどのように反応するかを正確に調べるためのイメージングおよび分析技術を構築することです。 粘度の変化に対する細胞の反応を制御する分子を特定することは、研究者ががんの蔓延を抑える潜在的な薬物標的を特定するのに役立つ可能性があります。
イゼン・リー で生物医学工学の助教授です。 ビンガムトン大学。 Li は、National Science Foundation から資金提供を受けています。