Les cellules migrantes doivent surmonter des barrières physiques telles que des pores serrés dans des tissus à mailles fines. Une étude récente menée par une équipe de biophysiciens LMU fournit une nouvelle théorie pour décrire comment les cellules manœuvrent de tels environnements confinés.

Dans le corps humain, il y a un mouvement constant de cellules en migration. Les cellules immunitaires et cancéreuses sont particulièrement mobiles, et sont capables de se frayer un chemin à travers diverses barrières et tissus à mailles fines. Une collaboration d'experts en biophysique théorique et expérimentale dirigée par le professeur Chase Broedersz et le professeur Joachim Rädler au LMU Munich a maintenant proposé une nouvelle façon d'étudier la migration des cellules confinées en utilisant une approche basée sur les données. Les résultats sont publiés en ligne dans Physique de la nature .

Se faufiler entre les deux îles

La clé de leur approche était d'étudier une cellule en migration dans un micro-environnement artificiel de confinement. Ce micro-environnement est composé de deux îlots sur lesquels une cellule peut s'asseoir confortablement, qui sont reliés par un pont étroit. Ils sont recouverts d'une protéine à laquelle la cellule peut adhérer, tandis que les environs ne sont pas accessibles à la cellule. La constriction forme un obstacle pour la cellule migrante, qui doit se frayer un chemin. En utilisant la microscopie time-lapse, les chercheurs ont surveillé la façon dont les cellules se déplacent :les cellules du tissu mammaire ne se contentent pas de rester en place, ils se faufilent frénétiquement entre les deux îles. En observant des centaines de cellules migrer sur ces micro-motifs, l'équipe a révélé la dynamique de la façon dont les cellules surmontent de tels obstacles physiques.

L'étroite collaboration entre la théorie et l'expérience était cruciale pour le succès de cette étude. « Nous avons veillé à ce que la conception de l'environnement de confinement dans lequel migrent les cellules soit aussi simple et contrôlable que possible, " explique Joachim Rädler. " Cela nous permet d'utiliser une approche big data. "

Filtrer les fluctuations

Le modèle théorique proposé par les biophysiciens est une équation du mouvement. Ceci est similaire dans l'esprit aux équations qui décrivent de nombreux systèmes physiques, comme le mouvement des planètes autour du soleil. Les cellules sont cependant beaucoup plus petites et leur mouvement est fortement affecté par les fluctuations inhérentes. "En utilisant notre modèle, nous avons pu démêler le prévisible, composantes déterministes de la partie aléatoire du mouvement, les fluctuations, " explique Chase Broedersz. " Cela nous permet de comprendre comment les cellules peuvent effectuer de manière fiable des tâches de migration, malgré toutes ces influences aléatoires."

Après avoir filtré les fluctuations du comportement de la cellule, les scientifiques ont découvert que les cellules cancéreuses du sein et les cellules mammaires saines ont des comportements de motilité différents. "Notre approche basée sur les données combinée à des micro-motifs artificiels nous permet de révéler les caractéristiques des cellules, " dit David Brückner, le premier auteur de l'étude. "Le modèle inféré fournit donc une" empreinte de motilité "qui distingue différents types de cellules."

Chase Broedersz conclut :« Notre nouvelle approche décrit la migration cellulaire confinée à l'aide de la théorie des systèmes dynamiques et montre comment les cellules s'adaptent aux environnements confinés. Cela pourrait également avoir des applications pour l'évaluation quantitative du comportement cellulaire dans des environnements biologiques plus complexes.