به گزارش پایگاه اصلاع رسانی بنیان، محققان یک مدل نظری برای درک ارتباطات و حرکت سلولی ایجاد کرده‌اند. آخرین یافته‌های آن‌ها می‌تواند پیامدهای قابل‌ توجهی برای بهبود زخم داشته باشد، با شبیه ‌سازی‌های رایانه‌ای اولیه که نویدبخش بهبود جریان اطلاعات و برنامه‌های کاربردی برای ترمیم زخم و تسریع بهبودی است. مانند ما انسان‌ها، سلول‌ها نیز با هم ارتباط برقرار می‌کنند. به روش خاص خودشان سلول‌ها با استفاده از امواج به عنوان زبان مشترک خود به یکدیگر می‌گویند کجا و چه زمانی حرکت کنند. آن‌ها صحبت می‌کنند، اطلاعات را به اشتراک می‌گذارند، و با هم کار می‌کنند، بسیار شبیه به یک تیم بین‌رشته‌ای از محققان مؤسسه علم و فناوری اتریش (ISTA) و دانشگاه ملی سنگاپور (NUS)،  آن‌ها تحقیقاتی را در مورد نحوه ارتباط سلول‌ها انجام دادند، و اینکه چگونه برای پروژه‌ها یا آینده اهمیت دارد، به عنوان مثال، کاربرد برای ترمیم زیست شناسی زخم ممکن است تصاویری از حیوانات، گیاهان یا حتی مدل‌های کامپیوتری نظری را تداعی کند. آخرین ارتباط ممکن است بلافاصله به ذهن خطور نکند، اما در تحقیقات بیولوژیکی بسیار مهم است. پدیده‌های پیچیده بیولوژیکی، حتی جزئی ترین جزئیات را می‌توان از طریق محاسبات دقیق درک کرد. پروفسور، ادوارد هانزو ISTA از این محاسبات برای درک اصول فیزیکی در سیستم‌های بیولوژیکی استفاده می‌کند. کار اخیر تیم او بینش جدیدی در مورد چگونگی حرکت سلول ها و برقراری ارتباط در بافت زنده ارائه می‌دهد.

حرکت سلولی و ارتباطات: یک مدل نظری

 دانیل بوکوک، در طول دکترای خود همراه با هانزو و همکار بلندمدت تسیوشی هیرامیشا از دانشگاه ملی سنگاپور، یک مدل نظری جدید با جزئیات ایجاد کردند. این مدل که در 20 جولای در مجله PRX Life منتشر شد، درک ما را از ارتباطات دوربرد سلول-سلول افزایش می‌دهد. این نیروهای مکانیکی پیچیده اعمال شده توسط سلول‌ها و فعالیت بیوشیمیایی آ‌ن‌ها را مشخص می‌کند. فرض کنید یک ظرف دارید که با سلول‌ها پوشیده شده است، یک لایه سلولی. به نظر می‌رسد که فقط آنجا می‌نشینند. اما حقیقت این است که آن‌ها حرکت می‌کنند، می‌چرخند و به طور خود به خود رفتا‌رهای آشفته‌ای انجام می‌دهند. مانند یک جمعیت متراکم در کنسرت، اگر یک سلول به یک طرف بکشد، سلول دیگر این عمل را حس می‌کند و می‌تواند با رفتن در همان جهت یا کشیدن به سمت مخالف واکنش نشان دهد. سپس اطلاعات می‌توانند در امواج منتشر شده و حرکت کنند - امواجی که در زیر میکروسکوپ قابل مشاهده هستند. هانزو ادامه می‌دهد: " سلول‌ها نه تنها نیروهای مکانیکی، بلکه محیط شیمیایی خود را نیز حس می‌کنند، نیروها و سیگنال‌های بیوشیمیایی سلول‌ها بر یکدیگر اعمال می‌شوند.ارتباطات آن‌ها تعاملی از فعالیت‌های بیوشیمیایی، رفتار فیزیکی و حرکت است. با این حال، گستره هر یک از شیوه‌های ارتباطی و نحوه عملکرد چنین فعل و انفعالات مکانیکی شیمیایی در بافت‌های زنده تا به حال نامعلوم بوده است."

پیش بینی الگوهای حرکتی

هدف دانشمندان با الهام از الگوهای امواج مرئی، ایجاد یک مدل نظری بود که نظریه‌های قبلی آن‌ها را در مورد حرکت سلول تأیید کند. دانیل بوکوک توضیح می‌دهد: " در کار قبلی‌مان، می‌خواستیم منشأ بیوفیزیکی امواج و اینکه آیا آن‌ها در سازمان‌دهی مهاجرت سلولی نقشی دارند را کشف کنیم. با این حال، انتقال مایع به جامد بافت، نویز ذاتی سیستم، یا ساختار دقیق امواج در دوبعدی را در نظر نگرفته بودیم. آخرین مدل کامپیوتری آن‌ها به تحرک سلولی و خواص مواد بافت توجه دارد." بوکوک و هانزو با آن دریافتند که سلول‌ها چگونه به صورت مکانیکی و شیمیایی ارتباط برقرار می‌کنند و چگونه حرکت می‌کنند. آن‌ها توانستند پدیده‌های مشاهده شده در ظروف کشت را تکرار کنند و توضیح  نظری ارتباطات سلولی را بر اساس قوانین فیزیکی تأیید کنند.

تست نظریه

برای اثبات تجربی، بوکوک و هانزو با بیوفیزیکدان تسویوشی هیراشیما همکاری کردند. برای آزمایش دقیق اینکه آیا مدل جدید برای سیستم‌های بیولوژیکی واقعی قابل اجرا است، دانشمندان از تک لایه‌های دو بعدی سلول‌های MDCK سلول‌های کلیه پستانداران خاص استفاده کردند که یک مدل کلاسیک آزمایشگاهی برای چنین تحقیقاتی هستند. هانزو توضیح می‌دهد: " اگر یک مسیر سیگنال‌دهی شیمیایی را که به سلول‌ها امکان حس و تولید نیرو را می‌دهد، مهار کنیم، سلول‌ها از حرکت باز می‌مانند و هیچ امواج ارتباطی پخش نمی‌شود. با تئوری خود، ما به راحتی می‌توانیم اجزای مختلف سیستم پیچیده را تغییر دهیم و تعیین کنیم که چگونه پویایی بافت سازگار می‌شود.

قدم بعدی

بافت سلولی خواصی مشابه کریستال‌های مایع از خود نشان می‌دهد، مانند یک مایع جریان دارد اما مانند یک کریستال سازمان یافته است. بوکوک می‌افزاید: "به ویژه، رفتار کریستال مایع بافت بیولوژیکی تنها مستقل از امواج مکانیکی شیمیایی مورد مطالعه قرار گرفته است." گسترش بافت‌های سه بعدی یا تک لایه‌ها با اشکال پیچیده، درست مانند موجودات زنده، یکی از راه‌های احتمالی آینده برای بررسی است. محققان همچنین شروع به اصلاح این مدل برای کاربردهای ترمیم زخم کرده‌اند. در جایی که پارامترها جریان اطلاعات را بهبود می‌بخشند، درمان در شبیه سازی‌های کامپیوتری تسریع شده است. هانزو با اشتیاق اضافه می‌کند: " آنچه واقعاً جالب است این است که مدل ما چقدر برای بهبود زخم در سلول‌های موجودات زنده کار می‌کند."

پایان مطلب./