Celler rör sig ofta i grupper. De antar ibland en strategi som får dem att gå i parallella riktningar, som förklaras av arbetet i det biologiinspirerade fysiken på MesoScales-teamet som leds av Pascal Silberzan vid Institut Curie, Paris.

Precis som det finns många sätt att gå, celler kan röra sig på många sätt. Ofta i grupper, celler migrerar under embryonal utveckling eller tumörprogression. Dessa migrationer försämras av många hinder (fartyg, muskelfibrer eller nervfibrer eller extracellulära matrisfibrer), som ofta tvingar dem att röra sig i trånga utrymmen. Fysikerna i Pascal Silberzans team (Institut Curie/CNRS/UPMC) reproducerar på ett mycket kontrollerat sätt en sådan miljö, för att bättre förstå dessa kollektiva cellulära beteenden, med ibland överraskande resultat ....

Antiparallella förskjutningar

"I många biologiska vävnader, celler har hög densitet i ett begränsat fysiskt utrymme. Vi reproducerade denna inneslutning med hjälp av mikrofabriceringstekniker, "förklarar Pascal Silberzan. Dessa in vitro -modeller gör det möjligt att begränsa en uppsättning långsträckta celler i spår vars bredd varierar från en cellstorlek till mer än en millimeter. I samarbete med ett team från Francis Crick Institute i Storbritannien, Pascal Silberzans team har visat olika beteenden, beroende på spårets bredd:

• På spår bredare än cirka 50 µm, cellerna ligger i linje med varandra och gör spontant en vinkel med spårets riktning. På samma gång, cellerna nära kanterna rör sig kollektivt i motsatta riktningar, på ett parallellt sätt.
• På spår som är smalare än denna 50 µm tröskel (men alltid mycket bredare än en cellstorlek), cellerna anpassar sig perfekt till bandets riktning och de antiparallella förskjutningarna försvinner.

"Antiparallella cellförskjutningar hade observerats under embryonal utveckling eller tumörutveckling, men varken mekanismen eller funktionen förstods, "tillägger Guillaume Duclos, en doktorsexamen student vid studietiden. Med andra ord, om cellernas totala rörelse styrs från tumören till den yttre miljön, några av cellerna migrerar också i motsatt riktning, dvs mot tumören.

Hydrodynamiken hos aktiva vätskor ger en ram för att förklara detta fenomen. Denna fysiska teori gör det möjligt att förstå hur cellulär aktivitet inducerar antiparallella rörelser på breda spår. Det förklarar också övergången mellan fasen där cellerna gör en vinkel med spåret och utvecklar antiparallella flöden, och fasen utan dessa egenskaper:Det är en mekanisk övergång som styrs av cellaktivitet. "Denna fysiska teori är mycket allmän, det är baserat på cellernas aktiva natur, om symmetrier och om lagarna för bevarande av systemet ", förklarar teoretiker Carles Blanch-Mercader, sedan Ph.D. student i teamet Fysiska tillvägagångssätt för biologiska problem. Det ger därför en mycket generisk mekanism för tolkning av motsvarande observationer in vivo.

Gränssnittet mellan fysik och biologi belyser återigen en cellulär mekanism som hittills har varit dåligt förstådd, i detta fall oväntade cellulära förskjutningar som löper mot den kollektiva migrationen.