En enkel bit av fingret skickar en komplex serie interaktioner mellan celltyper till rörelse. Särskilt två typer av celler, kallas makrofager och fibroblaster, samarbeta för att städa upp och reparera fibrerna som förstörs av snittet.

När de gör det, de påverkar varandra, de påverkar den mikroskopiska miljön runt dem, och de påverkas av den reaktionen - allt i den tysta jakten på att läka såret.

Men lite är känt om dessa miljöer och hur makrofager och fibroblaster hjälper eller hämmar varandra när de rör sig genom en fibrös och sammankopplad vävnadsmiljö. Forskare vid Virginia Tech publicerade nyligen en studie som beskriver tidigare okända kopplingar och influenser mellan dessa celler och deras miljöer - ett framsteg som kan hjälpa till med utveckling av biomedicinska enheter som reagerar mer effektivt på sår eller tumörer.

"En viktig aspekt av vår forskning är att den verkligen illustrerar hur komplex alla dessa olika komponenter pågår inuti en persons kropp, "sa Andrew Ford, en doktorsexamen student i kemiteknik och första författare till uppsatsen.

Insikten från teamets forskning kan styra utformningen av biomedicinska lösningar för att attackera tumörer eller behandla sår snabbare genom att manipulera makrofager och fibroblaster.

Medan applikationer redan utforskas med hjälp av dessa idéer, den nyligen publicerade forskningen ger validering utöver en närmare titt på interaktionerna mellan cellerna och deras omgivnings variabler.

Makrofager och fibroblaster finns i människors bindväv, som finns under det yttre hudlagret. Denna bindväv bildar ett utrymme, den extracellulära matrisen, som ger strukturellt stöd för andra vävnader i kroppen.

Inom denna matris, fibroblasterna existerar för att utsöndra proteiner som bygger upp och reparerar bindväven eller bryter isär matriserna för att lösa proteiner och möjliggöra rörelse. Makrofager, dock, tenderar att gå till attack mot material som är främmande eller verkar vara på fel ställe.

När man arbetar tillsammans, fibroblaster bildar långa, 3D-tunnlar, som sedan används av makrofager för att flytta.

I fallet med ett sår eller ett snitt på fingret, makrofager aktiverar och går till offensiv, suger upp vävnaderna som förskjutits från snittet. Under tiden, fibroblasterna arbetar snabbt för att utsöndra protein och reparera det skadade området.

I frånvaro av fibroblaster, forskarna fann att makrofager inte kunde röra sig när den fibrösa miljön var mycket tätt sammankopplad. När man arbetar i relativt lösare fibrer, fibroblasterna inriktade fibrerna på ett sätt som producerade spår för makrofagerna att följa.

"Denna studie ger en grundläggande förståelse för hur dessa två celltyper fungerar med var och en för att röra sig i en sammankopplad vävnadsstruktur, "sade Padma Rajagopalan, Robert E. Hord Jr. professor i kemiteknik och programdirektör för tvärvetenskapligt forskarutbildningsprogram om beräkningsteknik.

Fibroblaster använde kemiska och mekaniska processer för att bilda tunnlar och anpassa fibrer. I deras studie, forskarna visade att kemiska processer kan ha spelat en mer betydelsefull roll vid bildandet av tunnlar än mekaniska processer.

Båda cellerna arbetade tillsammans för att rensa bort skräp som härrörde från tunnelbildningen, visar en koordination mellan dessa två celler när de rör sig i en vävnadsliknande struktur. Tillsammans, de två cellerna, styrs av de extracellulära matrisförhållandena de existerar i, kan antingen hjälpa eller hämma varandra.

"Det är hela den här kaskadcykeln, Sa Ford.

Manipulationen av miljön runt dessa celler kan leda till genombrott i behandlingar för sår och tumörer - särskilt tumörer i lung- och bröstvävnader, som närmast liknar fiberförhållandena i den experimentella installationen.