| |||
|
Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. | |||
|
Biofyzika pohybu nádorových buněk
Jakub Kast Novák
Pochopit šíření nádorového buněčného bujení patří mezi největší výzvy nádorové biologie a biomedicíny. Jednou z cest je výzkum prizmatu tzv. nádorové ekologie, která se, jak je z názvu patrné, snaží popsat nádorové bujení pochopením prostoru, ve kterém se tento proces odehrává. Jedná se vlastně o obecný problém „jak se buňky pohybují“, na což se podívali vědci z Institutu systémové biologie Yalské univerzity. Našli významné podobnosti mezi buněčným pohybem a chováním obyčejných kapek vody.
Kapky vody. Zdroj: Adons Media.
|
Cytoskelet – buněčná kostra, opěrný a pohybový aparát buňky, dynamická struktura průběžně tvořená polymerací a rozkládaná disociací podle aktuálních potřeb. Buněčná kostra se skládá z vláken a tubulů. Její funkce je strukturní, ochranná i transportní. Cytoplazma – tekuté vnitřní prostředí buňky ohraničené buněčnou membránou, které zahrnuje veškeré buněčné struktury mimo jádra, například organely. Povrchové napětí – síla působící na jednotku délky povrchu kapaliny. Přitažlivé síly mezi molekulami kapaliny nejsou na její hladině dostatečně kompenzovány. Proto se povrch kapaliny chová jako pružná membrána formující objem do tvaru koule. Gradient – prostorová změna dané veličiny, někdy hovoříme o spádu. Tvoří ho trojice prostorových derivací podle jednotlivých souřadnicových os. |
Podstatným krokem jejich myšlenkového postupu byl popis modelu „buňky jako součásti živočišné tkáně“, nikoliv popisným modelem „jednotlivých oddělených buněk“. A abych mohl pokračovat dál, musím vysvětlit, co je tzv. Marangoniho efekt. Mám-li směs dvou kapalin (mají různá povrchová napětíPovrchové napětí – síla působící na jednotku délky povrchu kapaliny. Přitažlivé síly mezi molekulami kapaliny nejsou na její hladině dostatečně kompenzovány. Proto se povrch kapaliny chová jako pružná membrána formující objem do tvaru koule.), tak kapalina s vyšším povrchovým napětím začne odtékat vlivem gradientuGradient – prostorová změna dané veličiny, někdy hovoříme o spádu. Tvoří ho trojice prostorových derivací podle jednotlivých souřadnicových os. povrchového napětí do oblasti s nižším povrchovým napětím. Zřetelné je to například u vína (směsi vody a alkoholu), kde byl tento jev prvně pozorován Jamesem Thompsonem, který ho nazval krásně poeticky „slzy vína“. Ale Marangoniho efekt je zodpovědný i za to, že mýdlové bubliny mohou vůbec existovat.
Marangoniho efekt, písmeno σ označuje povrchové napětí.
Zdroj: Comsol, Cyclopedia.
U vodní kapky je povrchové napětíPovrchové napětí – síla působící na jednotku délky povrchu kapaliny. Přitažlivé síly mezi molekulami kapaliny nejsou na její hladině dostatečně kompenzovány. Proto se povrch kapaliny chová jako pružná membrána formující objem do tvaru koule. konstantní a nemění se s velikostí kapky, ale u rakovinných buněk je to jinak, neboť tam platí, že čím menší je tkáň, tím vyšší je povrchové napětí, což má za následek vyšší tlak v tkáni. Tým Michaela Murella použil gradient povrchového napětí, aby ukázal, že se buňky uvnitř pohybují rychle a kolektivně – podobně, jako se pohybuje povrch vody po přidání saponátu. Buněčné povrchové napětí vzniká v důsledku nerovnovážného aktivního napětí v buněčném cytoskeletuCytoskelet – buněčná kostra, opěrný a pohybový aparát buňky, dynamická struktura průběžně tvořená polymerací a rozkládaná disociací podle aktuálních potřeb. Buněčná kostra se skládá z vláken a tubulů. Její funkce je strukturní, ochranná i transportní.. Výzkumníci pomocí laserovéLASER – Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, zesílení světla pomocí stimulované emise záření. Roku 1958 ukázal Charles Hard Townes spolu s Arthurem Leonardem Schawlowem, že je možné zkonstruovat podobné zařízení jako již existující MASER (pracuje v mikrovlnné oblasti) také pro světlo. První laser zkonstruoval Theodore Harold Maiman v roce 1960. Aktivním prostředím byly ionty chrómu v syntetickém rubínovém krystalu. ablace vytvořili gradientyGradient – prostorová změna dané veličiny, někdy hovoříme o spádu. Tvoří ho trojice prostorových derivací podle jednotlivých souřadnicových os. povrchového napětí, přičemž tyto gradienty pohánějí toroidální pohyb buněčné kapalinyCytoplazma – tekuté vnitřní prostředí buňky ohraničené buněčnou membránou, které zahrnuje veškeré buněčné struktury mimo jádra, například organely.. Pohyby se vlivem akumulace napětí otáčejí a buňky se vracejí do své původní polohy. Celé tyhle pohyby tam a zpět velmi nápadně připomínají Marangoniho toky ve viskózních tekutinách.
Vizuál buněk nádorového bujení. Zdroj: SciTechDaily.
Vědci simulovali růst nádorové buňky tak, že přilnuli tkáň k povrchům s různými vlastnosmi a vyvolali smáčení buněčného agregátu. To mělo za následek, že podobně jako voda vytváří kapky na hydrofilní látce, tak se vytvořila klubka tkáně, což je důležité zjištění pro další výzkum šíření nádorového bujení.
Odkazy
- M. S. Yousafzai et al.: Active Regulation of Pressure and Volume Defines an Energetic Constraint on the Size of Cell Aggregates; Physical Review Letters 128/4 (2022) 04810
- Jon Atherton: Turning to the laws of physics to study how cells move; PhysOrg, 18 Aug 2022
- Vikrant Yadav et al.: Gradients in solid surface tension drive Marangoni-like motions in cell aggregates; Physical Review Fluids 7 (2022) L031101
- Muhammad Sulaiman Yousafzai et al.: Cell-Matrix Elastocapillary Interactions Drive Pressure-Based Wetting of Cell Aggregates; Physical Review X 12 (2022) 031027
