Kao i mi, ćelije komuniciraju na svoj poseban način. Koristeći talase kao zajednički jezik, ćelije govore jedna drugoj gde i kada da se kreću. Oni razgovaraju, dele informacije i rade zajedno—slično kao interdisciplinarni tim istraživača sa Instituta za nauku i tehnologiju Austrije (ISTA) i Nacionalnog univerziteta Singapura (NUS). Oni su sproveli istraživanje o tome kako ćelije komuniciraju – i koliko je to važno za buduće projekte, npr. primena za zarastanje rana.
Šta vam pada na pamet kada pomislite na biologiju? Životinje, biljke, teorijski kompjuterski modeli? Poslednje, možda nećete odmah povezati s njim, iako je to veliki deo bioloških istraživanja. Upravo ovi proračuni pomažu da se razumeju složeni biološki fenomeni, sve do najskrivenijih detalja. ISTA profesor Eduard Hanezo primenjuje ih da bi razumeo fizičke principe u biološkim sistemima. Najnoviji rad njegove grupe daje nove uvide u to kako se ćelije kreću i komuniciraju unutar živog tkiva.
Tokom svog doktorata, Daniel Boocock, zajedno sa Hanezom i dugogodišnjim saradnikom Cujošijem Hirašimom sa Nacionalnog univerziteta u Singapuru, razvio je detaljan novi teorijski model, koji je danas objavljen u časopisu PRKS Life. Omogućava bolje razumevanje komunikacije ćelija-ćelija na daljinu i opisuje složene mehaničke sile koje ćelije primenjuju jedna na drugu i njihovu biohemijsku aktivnost.
„Recimo da imate Petrijevu posudu koja je prekrivena ćelijama – jednosloj. Izgleda da samo sede tamo. Ali istina je da se kreću, kovitlaju i spontano prave haotično ponašanje“, objašnjava Hanezo.
Slično gustoj gužvi na koncertu, ako jedna ćelija povuče jednu stranu, druga ćelija oseti akciju i može da reaguje ili ide u istom smeru ili povuče u suprotnom smeru. Informacije se tada mogu širiti i putovati u talasima – talasima koji su vidljivi pod mikroskopom.
„Ćelije ne osećaju samo mehaničke sile već i njihovo hemijsko okruženje — sile i biohemijske signale koje ćelije vrše jedna na drugu“, nastavlja Hanezo. „Njihova komunikacija je međuigra biohemijske aktivnosti, fizičkog ponašanja i kretanja; međutim, obim svakog načina komunikacije i način na koji takve mehanohemijske interakcije funkcionišu u živim tkivima do sada su bili neuhvatljivi.“
Vođeni vizuelnim talasima, cilj naučnika je bio da uspostave teorijski model praćenja koji bi potvrdio njihovu prethodnu teoriju o tome kako se ćelije kreću iz jednog regiona u drugi. Daniel Boocock objašnjava: „U našem ranijem radu, želeli smo da otkrijemo biofizičko poreklo talasa i da li oni igraju ulogu u organizovanju kolektivne migracije ćelija. Međutim, nismo uzeli u obzir tranziciju tečno-čvrsto tkivo, buku svojstvenu sistemu ili detaljnu strukturu talasa u 2D.“
Njihov najnoviji kompjuterski model obraća pažnju na pokretljivost ćelija i svojstva materijala tkiva. Uz to, Boocock i Hannezo su otkrili kako ćelije komuniciraju mehanički i hemijski i kako se kreću. Bili su u stanju da repliciraju fenomene primećene u Petrijevim posudama, potvrđujući teorijsko objašnjenje ćelijske komunikacije zasnovano na fizičkim zakonima.
Za eksperimentalni dokaz, Boocock i Hannezo su sarađivali sa biofizičarem Tsuioshi Hirashima. Da bi rigorozno testirali da li je novi model primenljiv na stvarne biološke sisteme, naučnici su koristili 2D monoslojeve MDCK ćelija – specifičnih ćelija bubrega sisara – koji su klasični in vitro model za takva istraživanja.
„Ako smo inhibirali hemijski signalni put koji omogućava ćelijama da osete i generišu sile, ćelije su prestale da se kreću i nikakvi komunikacijski talasi se nisu širili“, objašnjava Hanezo. „Sa našom teorijom možemo lako promeniti različite komponente složenog sistema i odrediti kako se dinamika tkiva prilagođava.
Ćelijsko tkivo na neki način podseća na tečne kristale: teče kao tečnost, ali je raspoređeno kao kristal. Boocock dodaje: „Konkretno, ponašanje biološkog tkiva nalik tečnom kristalu proučavano je samo nezavisno od mehanohemijskih talasa.“ Proširenje na 3D tkiva ili monoslojeve složenih oblika, baš kao u živim organizmima, je jedan od mogućih budućih puteva istraživanja.
Istraživači su takođe počeli da optimizuju model u pogledu zarastanja rana. Tamo gde parametri poboljšavaju protok informacija, lečenje je ubrzano – u kompjuterskim simulacijama. Hanezo sa entuzijazmom dodaje: „Ono što je zaista interesantno je koliko dobro bi naš model funkcionisao za zarastanje rana u ćelijama u živim organizmima.“
