Jak siły mechaniczne wpływają na przeznaczenie komórek: kluczowe odkrycia dla zrozumienia tkanek

WarsawBadacze z Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin, Instytutu Jacques Monoda oraz Instytutu Nielsa Bohra dokonali przełomowych odkryć dotyczących wpływu sił mechanicznych na proces wytłaczania komórek z tkanek nabłonkowych. Określili, że te siły decydują o tym, czy komórki, które zostaną wypchnięte, umrą, czy przeżyją. To odkrycie może pomóc w lepszym zrozumieniu zachowań tkanek w zdrowiu oraz chorobach, takich jak rak.

Badanie wykazało, że:

Siły mechaniczne w tkankach mają znaczący wpływ na los wypchniętych komórek. Komórki wywierają na siebie nawzajem siły, co może prowadzić do ich usunięcia. Zarówno martwe, jak i żywe komórki mogą zostać wypchnięte, a wynik tego procesu zależy od zastosowanej siły. Kierunek wypchnięcia komórek (apikalne czy bazalne) decyduje o ich przetrwaniu lub śmierci. E-kadheryna, białko zaangażowane w połączenia komórkowe, pełni rolę czujnika i wpływa na te procesy.

Profesorzy Benoît Ladoux, Amin Doostmohammadi oraz Dr. René-Marc Mège przewodzili badaniom, w których ujawniono, że intensywność i czas trwania sił działających na komórki decydują o ich ekstrudowaniu. Silniejsze siły przy połączeniach komórek, gdzie te się spotykają, mogą wpływać na sposób, w jaki komórki są usuwane.

Naukowcy połączyli modele fizyczne z eksperymentami na komórkach o różnych poziomach białek. Badali, jak komórki komunikują się ze sobą poprzez złącza adhezyjne, co wpływa na ich usuwanie. Zespół współpracował również z grupą dr Philippe'a Chavriera z Instytutu Curie. Odkryli, że zmiana w przekazywaniu siły komórek prowadzi do większego wydalania komórek na stronę podstawną.

Praca ta pokazuje, jak wpływ sił mechanicznych między komórkami może wpływać na ich przeznaczenie. Zwraca uwagę na to, że sygnalizacja mechaniczna w tkankach ma kluczowe znaczenie dla procesów takich jak formowanie tkanek oraz postęp chorób, w tym nowotworów. Zrozumienie działania tych sił może przyczynić się do lepszego poznania chorób i opracowania nowych metod leczenia.

Rola ekstruzji komórek

Ekstruzja komórkowa odgrywa kluczową rolę w utrzymaniu równowagi w tkankach nabłonkowych, czyli warstwach komórek pokrywających powierzchnie w całym ciele. Proces "wyciskania" komórek ma decydujące znaczenie dla ich życia lub śmierci, co może znacząco wpływać na zdrowie i funkcjonowanie tkanek. Najnowsze badania podkreślają, jak duży wpływ mają siły mechaniczne na sposób i przyczyny ekstrudowania komórek, co prowadzi do nowych odkryć dotyczących tego istotnego zjawiska biologicznego.

Zrozumienie procesu ekstrudowania komórek pozwala nam dostrzec, jak tkanki kształtują się i odnawiają, aby prawidłowo pełnić swoje funkcje. To jak system kontroli jakości, w którym zbędne lub szkodliwe komórki są usuwane. Oto dlaczego ma to znaczenie:

• Usuwa uszkodzone lub stare komórki, zachowując tym samym zdrowie tkanek.
• Kontroluje rozwój i kształt tkanek, decydując, które komórki usunąć.
• Wpływa na rozwój chorób, zwłaszcza nowotworowych, poprzez zmianę zachowań komórek.

Badanie pokazuje, że siły fizyczne między komórkami decydują o tym, w jaki sposób są one usuwane. Można to sobie wyobrazić jak zderzające się samochodziki – gdzie komórki wylądują, zależy od siły zderzeń. Wyniki wskazują, że sposób, w jaki komórki łączą się i komunikują z sąsiadami, wpływa na te siły, decydując, czy komórki zostaną usunięte martwe, czy przetrwają i zostaną wypchnięte.

Wiedza ta obejmuje zrozumienie, jak tkanki formują się i zmieniają w czasie, na przykład podczas wzrostu lub gojenia. W procesie rozwoju prawidłowe zarządzanie wydalaniem komórek wpływa na organizację narządów i tkanek. Z kolei błędy w tym procesie mogą przyczyniać się do rozwoju chorób, takich jak rak, gdzie zachowanie komórek staje się nieprawidłowe.

Poznanie działania tych sił może pomóc naukowcom w opracowaniu terapii mających na celu ukierunkowanie strukturalnej organizacji tkanek. Może to prowadzić do interwencji, które zapobiegają niepożądanym zachowaniom komórek związanych z chorobami. W miarę postępu badań istnieje nadzieja na lepsze manipulowanie tymi siłami w celu utrzymania zdrowej dynamiki tkanek lub zatrzymania patologicznych zmian, otwierając nowe możliwości w leczeniu medycznym.

Implikacje dla raka

Wyniki badań podkreślają istotne związki między siłami mechanicznymi a rozwojem raka. Zrozumienie tych interakcji może zrewolucjonizować nasze podejście do leczenia i diagnozowania nowotworów. Oto, w jaki sposób te odkrycia mogą wpłynąć na badania i terapie onkologiczne:

• Udoskonalenie diagnostyki nowotworowej poprzez analizę zachowań komórek pod wpływem siły.
• Opracowanie terapii dzięki celowaniu w transmisję siły w tkankach.
• Przewidywanie postępu raka na podstawie zmian we wzorcach wypychania komórek.

Nabłonkowe tkanki nieustannie zarządzają wymianą komórek, a nieprawidłowe usuwanie komórek może prowadzić do powstawania nowotworów. Badania pokazują, że sygnały fizyczne wpływają na los komórek wypychanych, co może pomóc zrozumieć, jak niektóre komórki przeżywają i nadal dzielą się niekontrolowanie, co prowadzi do tworzenia guzów. Przez wpływ na komunikację komórek za pomocą sił mechanicznych możemy potencjalnie zmienić przebieg choroby.

Zrozumienie wpływu połączeń E-kadherynowych na los komórek dostarcza cennych informacji na temat rozprzestrzeniania się lub ograniczania komórek nowotworowych. Jeśli uda nam się wpłynąć na te siły lub same połączenia, możemy znaleźć sposób na ograniczenie wzrostu nowotworów. To może otworzyć nowe kierunki dla terapii, które nie muszą obejmować tradycyjnych metod, takich jak radioterapia czy chemoterapia.

Co więcej, poprzez zrozumienie, jak mechaniczne siły wpływają na komórki, badacze medyczni mogą opracować nowe biomarkery do wczesnego wykrywania raka. Obserwacja sposobu, w jaki komórki są wypychane w stronę podstawnej warstwy, może wskazywać na agresywne zachowanie nowotworu, co pozwala lekarzom na wcześniejszą interwencję.

Odkrycia te oznaczają zmianę w naszym rozumieniu zachowania komórek oraz raka. Badania wskazują, że zamiast koncentrować się wyłącznie na mutacjach genetycznych, należy uwzględniać mechaniczne szlaki, które mogą odegrać kluczową rolę w rozwoju i progresji nowotworów. Przyszłe badania w tym kierunku będą prawdopodobnie badać, jak wykorzystać te fizyczne interakcje do opracowania nowych terapii i poprawy wyników leczenia pacjentów. Ta nowa wiedza na temat mechanicznych sił otwiera ekscytujące możliwości walki z rakiem w innowacyjny sposób.