Исследователи из Австрии и Японии построили математическую модель перемещения клеток в слое на субстрате. Оказалось, что те создают механические и химические волны, чередование которых передает сигналы на большие расстояния. Например, таким способом в случае повреждения кожи к месту раны привлекаются новые клетки.

Работа опубликована в журнале Nature Physics.

Многие клетки нашего тела постоянно перемещаются и каким-то образом узнают, где они находятся и в какую сторону им необходимо двигаться. Описание этого механизма важно для понимания таких процессов, как обновление клеток, миграция раковых клеток и заживление ран.

Ученые из Института науки и технологий Австрии и Киотского университета построили математическую модель для описания взаимодействий между клетками внутри слоя на поверхности субстрата. Исследователи выяснили, что сложное взаимодействие движущихся клеток, восприятие окружающей среды и активация белков внутри клеток создают связанные механические и химические сигнальные волны.

Механическая волна представляет собой последовательность плотных и разреженных участков клеток, чередующихся в пространстве и времени. Химическая волна проявляется в виде активности сигнальных белков и запускается движением клеток и механической обратной связью. Химический состав клеток, в свою очередь, вызывает изменение формы и их перемещение.

В нормальном неповрежденном слое клеток волны возникают спонтанно и распространяются без предпочтительного направления, но при появлении разрыва волны меняют ориентацию, распространяясь в разные стороны от повреждения. Исследователи выдвинули гипотезу, что таким способом передается сигнал клеткам, находящимся очень далеко от раны, о том, в каком направлении им двигаться. Из-за присутствия волн клетки перемещаются неравномерно.

Ученые проверили свою модель в эксперименте с живыми клетками. Оказалось, что модель не только реалистична, но и очень точна, и даже предсказанное время задержки между двумя волнами было близко к экспериментальному. В экспериментах исследователи могли видеть активность сигнального белка в каждой отдельной клетке, так как белок был модифицирован и загорался при активации. Таким образом можно было наблюдать химические волны, распространяющиеся по всему слою клеток.