Imagine a navegação de células através de um labirinto complexo conduzido por sinais químicos e paisagem física de seu ambiente. Um grupo de pesquisadores da Universidade de Maryland, no Condado de Baltimore (UMBC), contribuiu para uma invenção importante sobre como as células transferem ou transferem as células através desses quebra -cabeças usando a câmara de ovo de mosca da fruta como um sistema de modelo. Os efeitos possíveis incluem uma melhor compreensão de doenças como o câncer e o progresso do tratamento do tratamento.
PublicadoisciênciaO estudo da equipe combina testes biológicos e matemática para expressar novas idéias na migração celular. Ao integrar a modelagem matemática à imagem avançada, a equipe descobriu que o tamanho físico da câmara do ovo, combinado com o sinal químico chamado quimioterapia, afeta significativamente a forma como as células se movem.
O matemático e co-autores da UMBC, Brad Perse, disse: “Este artigo recebe um foco entre disciplina com cooperação estrita entre estrutura matemática e design experimental”. “Os resultados promovem o conceito de que a complexa distribuição de atratores químicos pode explicar variações específicas nos movimentos de migrantes”.
O método inovador do estudo da inovação de Perry é integrar modelos matemáticos específicos com testes reais biológicos para descobrir os sinais invisíveis para o anterior.
Farinha de rosca
O trabalho da equipe se concentra nas células da fronteira, um tipo de célula na câmara de ovos de frutas, que é um sistema modelo para o estudo da migração celular devido ao processo de desenvolvimento humano e processos de doença. A equipe descobriu que o movimento das células da borda não aumenta simplesmente a concentração química de uma extremidade da câmara do ovo para a outra, como os modelos anteriores recomendaram. Em vez disso, a estrutura física dos tecidos – os tubos estreitos mudaram com uma lacuna mais ampla – desempenhou um papel importante.
“Foi quando identificamos pela primeira vez que esses padrões de comportamento de migração acabaram em conexão com a direção da geometria do tecido”, o biólogo Alex George, co-autores que completaram seu doutorado. Em 2021, a UMBC e Dartmouth iniciarão uma bolsa de estudos pós -dotorais na Escola de Medicina Gizel em Dartmouth em poucas semanas. Ele compara o processo de migração, seguindo as brigas de pão através de uma floresta com Hansel e Greatel: em uma planície plana, a trilha é clara, mas de uma maneira inesperada com vales e vales, a migalha complica o caminho.
Para entender isso, os co-autores Naghemeh Akhaban, que completaram seu doutorado. Em matemática na UMBC nesta primavera, os modelos matemáticos criaram modelos matemáticos que imitam como as células reagem a sinais químicos e geometria do tecido. “O exame de Alex -a auditoria mostrou que a velocidade não é exatamente a maneira como os modelos anteriores mostraram”, diz ele. Seus modelos revelam que as células aceleram os tubos delgados e diminuem as lacunas maiores, é um padrão confirmado pela imagem de George.
Ambas as abordagens são energia única para testes e trabalho de modelagem. Eles se uniram “como desaparecer de duas perspectivas diferentes”, disse George. “Meus testes vão refinar o modelo e seu modelo refinarão meus testes”.
E então, “quando nosso modelo Alex mostra exatamente o que ele conseguiu em seus testes, gostamos”, acrescentou Akhban.
Novas estratégias, inventando novo
O impacto mais amplo do estudo está na possibilidade de notificar os campos fora da biologia do desenvolvimento. A migração celular é importante em processos como cicatrização de feridas, resistência e metástases do câncer.
Os biólogos e co-autores da UMBC Michelle Starz-Giano explica: “A maioria dos estudos sobre como as células navegam no mundo se concentram apenas em sinais químicos ou simplesmente questões estruturais, então essa é uma das primeiras pesquisas a considerar como essas duas coisas se afetam”. A pesquisa pode orientar novas técnicas para controlar o movimento celular através do tratamento, mostrando como interagem a geometria do tecido e os sinais químicos.
O trabalho desta equipe é desenvolvido, incluindo experimentos recentes no Advanced Imaging Center no Campus de Pesquisa de Genelia, na Virgínia, onde George usou microscópio especializado para capturar mobilidade invisível antes dos atrativos relevantes da quimioterapia. Essas explorações refinarão ainda mais os modelos de equipe, abrindo novas maneiras de pesquisa.
“Estamos desenvolvendo novas estratégias experimentais em aspectos biológicos e matemáticos”, diz Starz-Giano, “então seria emocionante ver onde isso nos levaria”.
