I en artikel publicerad i Fysiska granskningsbrev , Bristol-forskare har svarat på den grundläggande frågan:"Är det möjligt att röra sig utan att utöva kraft på miljön?", genom att beskriva den draglösa självframdrivningen av aktiv materia.

Att förstå hur celler rör sig autonomt är en grundläggande fråga för både biologer och fysiker.

Experiment på cellmotilitet görs vanligtvis genom att titta på en cells rörelse på ett objektglas under ett mikroskop.

Under dessa förhållanden, celler observeras att "krypa" på ytan. Att krypa är välförstått:celler fäster sig vid ytan och använder dessa förankringspunkter för att pressa sig själva framåt (som att krypa på marken). Dock, att krypa är mycket ineffektivt in vivo, där celler rör sig genom komplexa 3D-miljöer.

Forskare från School of Mathematics i Bristol har identifierat en annan framdrivningsmekanism som är särskilt lämpad för cellrörelser i vävnader - en som inte är beroende av kraftöverföring genom ankarpunkter.

De fann att självframdrivning utan dragkraft (lokal kraft på den omgivande miljön) är möjlig om du är gjord av "aktiv" materia, som celler är. De beskriver hur en droppe aktivt material kan flytta sig själv framåt i en smal kanal utan att utöva någon kraft på väggarna runt den.

Huvud författare, Dr Aurore Loisy, sa:"Traktionslös rörelse är väldigt kontraintuitivt. Vi blev riktigt exalterade när vi insåg att det inte bara är möjligt, men också att det ger en rimlig förklaring till ett så viktigt problem som cellmotilitet i vävnader.

"Förutom, en del av skönheten med denna draglösa självframdrivning ligger i det faktum att den beskrivs av en analytisk lösning av anmärkningsvärd och ovanlig enkelhet. På grund av komplexiteten (icke-linjäriteten) hos ekvationerna som beskriver aktiv materia, vi förväntade oss inte att sluta med något så enkelt!"

Aktiv materia är en speciell typ av materia, allestädes närvarande i biologi, där metabolisk energi ständigt omvandlas till mekanisk energi. Denna förmåga att generera mekaniska krafter internt, i huvuddelen, är det som tillåter droppen att röra sig utan att utöva krafter vid dess gränser (väggarna).

Dr Loisy tillade:"En droppe aktivt material som rör sig genom små luckor är en minimal modell för att förstå cellmotilitet i vävnader, som är trånga miljöer med intrikata geometrier.

"Mekanismen vi upptäckte ger en möjlig förklaring till den öppna frågan om hur celler rör sig i dessa miljöer. Sådan rörlighet är avgörande för en mängd fysiologiska processer i levande organismer, inklusive immunsvar och sårläkning, och dess avreglering är nyckeln till cancerspridning (metastaser)."

Nästa steg är att observera detta fenomen experimentellt, med hjälp av en droppe cellextrakt i en specifikt konstruerad mikrokanal.