Tế bào chuyển động trong niêm dịch nhanh hơn trong máu

Các nhà nghiên cứu tại trường đại học Toronto, Johns Hopkins và Vanderbilt đã khám phá ra những tế bào có thể chuyển động nhanh một cách đáng ngạc nhiên trong chất lỏng đặc hơn như mật ong so với nước hoặc niêm dịch hơn là máu bởi vì phần rìa gợn sóng của chúng cảm nhận được độ nhớt môi trường của chúng và thích ứng được để gia tăng tốc độ.

Những thứ chúng tạo ra với bệnh ung thư và các tế bào nguyên bào sợi – dạng tế bào thường được tạo ra các vết sẹo trong mô – cho thấy độ nhớt của môi trường xung quanh tế bào có vai trò quan trọng với bệnh tật, và có thể giúp giải thích sự tiến triển của các khối u, sự hình thành sẹo trong phổi chứa đầy niêm dịch bị mắc bệnh xơ nang, và quá trình chữa trị các vết thương.

Nghiên cứu này, “Membrane ruffling is a mechanosensor of extracellular fluid viscosity” (Sự gợn sóng của màng là cảm ứng cơ học của độ nhớt dòng chảy ngoại tế bào), được xuất bản trên Nature Physics đã rọi ánh sáng mới vào môi trường tế bào, một khu vực còn chưa được nhiều nghiên cứu khám phá ¹.

“Mối liên hệ giữa độ nhớt tế bào và sự gắn kết chưa từng được thể hiện trước đây”, Sergey Plotnikov, phó giáo sư Khoa Tế bào và sinh học các hệ thống tại Khoa Nghệ thuật và Khoa học ở trường đại học Toronto và là đồng tác giả chính của nghiên cứu, nói. “Chúng tôi phát hiện ra độ dày hơn của môi trường xung quanh, sức mạnh lớn hơn của tế bào tham gia vào chất nền, tốc độ chuyển động nhanh hơn – như thể đi trên một bề mặt băng với đôi giày chuyên dụng”.

Việc hiểu về việc tại sao các tế bào hành xử theo cách đáng ngạc nhiên này hết sức quan trọng bởi các khối u tạo ra một môi trường có độ nhớt, điều đó cho phép các tế bào có thể chuyển thành các khối u nhanh hơn các mô lành. Do quan sát các tế bào ung thư tăng tốc trong môi trường đặc, các nhà nghiên cứu có thể kết luận là sự phát triển của các rìa gợn sóng trong những tế bào ung thư có thể góp phần vào việc lan rộng ung thư ở các khu vực khác nhau của cơ thể.

Hướng đích sự phản hồi lan rộng lên các nguyên bào sợi, nói cách khác, có thể giảm bớt sự tàn phá mô trong phổi chứa đầy niêm dịch do bệnh xơ nang. Bởi vì các nguyên bào sợi dạng sóng chuyển động nhanh hơn, chúng là dạng đầu tiên của tế bào có thể di chuyển xuyên qua niêm dịch tới chỗ bị thương tổn, góp phần tạo ra sẹo hơn là chữa lành. Các kết quả này có thể gợi ý đến việc thay đổi độ nhớt trong niêm dịch phổi có thể giúp kiểm soát chuyển động của tế bào.

“Bằng việc chứng tỏ cách tế bào phản hồi với môi trường xung quanh và bằng việc miêu tả những đặc tính vật lý của khu vực đó, chúng tôi có thể tìm hiểu những gì ảnh hưởng đến hành xử của chúng và cuối cùng ảnh hưởng như thế nào”, nghiên cứu sinh Ernest Iu, Phòng Tế bào và sinh học các hệ thống và là đồng tác giả nghiên cứu, nói.

Plotnikov cho biết thêm “ví dụ, có lẽ là nếu anh đặt một chất lỏng có độ dày như mật ong và một vết thương, tế bào sẽ chuyển động sâu hơn và nhanh hơn. Do đó việc chữa lành sẽ hiệu quả hơn”.

Plotnikov và Iu dùng kỹ thuật kính hiển vi điện tử tiên tiến để đo đạc lực mà các tế bào sử dụng để di chuyển và những thay đổi về cấu trúc phân tử bên trong các tế bào này. Họ so sánh các tế bào ung thư và tế bào nguyên sợi, vốn đều có phần rìa gợn sóng, với phần rìa bằng phẳng của tế bào. Họ thấy rìa tế bào nguyên sợi cảm nhận được độ dày của môi trương, dẫn đến kích hoạt sự phản hồi cho phép tế bào di chuyển qua cả kháng lực – các phần gợn sóng trở nên phẳng ra, bám chặt lên vùng bề mặt xung quanh.

Thực hiện này ban đầu được thực hiện tại Johns Hopkins, nơi Yun Chen, trợ lý giáo sư tại Khoa Kỹ thuật cơ học và tác giả thứ nhất của nghiên cứu và nghiên cứu sinh Matthew Pittman, cùng kiểm tra lần đầu chuyển động của các tế bào ung thư. Pittman tạo một dung dịch dạng niêm dịch có độ nhớt, đặt nó vào trong những dạng tế bào khác nhau, và quan sát tế bào ung thư chuyển động nhanh hơn những tế bào lành khi di chuyển thông qua chất lỏng này. Để tìm hiểu hơn nữa hành xử này, Chen hợp tác với Plotnikov, chuyên gia về các lực kéo và đẩy trong chuyển động của tế bào.

Plotnikov ngạc nhiên khi thấy sự thay đổi vận tốc khi tế bào đi vào chất lỏng nhớt dạng niêm dịch. “Khi đang nhìn vào những thay đổi bền vững, chầm chậm dưới kính hiển vi thì chúng tôi thấy những tế bào đó di chuyển với tốc độ nhanh gấp đôi theo thời gian thực và lan tỏa gấp đôi kích thước thật của mình”, anh nói.

Sự dịch chuyển của tế bào phụ thuộc vào các protein myosin – dạng protein có nhiều trong các sợi nguyên cơ, có tính chất quan trọng về đàn hồi và co thắt – giúp nó phản hồi các sợi cơ. Plotnikov và Iu cho là việc ngăn myosin có thể ngăn tế bào khỏi lan rộng, tuy nhiên họ ngạc nhiên khi bằng chứng thu được chứng tỏ các tế bào vẫn tăng tốc bất chấp điều đó. Thay vào đó, họ phát hện ra là các hàng protein actin bên trong tế bào, liên quan đến tương tác của sợi cơ, trở nên bền hơn trong phản hồi với chất lỏng đặc, tác động lên rìa tế bào.

Nhóm nghiên cứu hiện đang tìm hiểu cách làm chậm chuyển dộng của các tế bào niêm dịch thông qua các môi trường dày, vốn có thể mở ra cánh cửa đến với những phương pháp điều trị cho người bị ung thư và xơ nang.

Thanh Phương tổng hợp

Nguồn: https://phys.org/news/2022-07-cells-faster-mucus-blood.html

https://www.techexplorist.com/how-do-cells-move-faster-through-mucus-blood/52720/

——————————————–

1. https://www.nature.com/articles/s41567-022-01676-y