Живі тканини формуються подібно до лавин

Нове дослідження, опубліковане в журналі Nature Communications, розкриває несподівані властивості живих тканин, які можуть докорінно змінити наше розуміння процесів загоєння ран та поширення ракових клітин. Вчені з Північно-Східного університету виявили, що біологічні тканини під впливом механічного навантаження здатні до раптової масштабної перебудови, подібної до формування природних лавин.

Коли сніговий покрив на схилі гори починає рухатися, навіть незначне порушення рівноваги може спричинити масштабний зсув. Подібним чином, за словами дослідників, поводять себе і живі тканини під впливом механічного стресу — тиску або розтягування.

Це відкриття кидає виклик усталеному уявленню про те, що механічні реакції в тканинах відбуваються лише локально. Натомість, як показало дослідження, перерозподіл напруження може викликати узгоджені перебудови в значно більших областях тканини.

Аспірант Ань Нгуєн під керівництвом професора фізики Макса Бі використав комп'ютерне моделювання для вивчення механічних процесів на клітинному рівні. Їхні обчислювальні симуляції показали, що клітини «спілкуються» механічно. Коли чотири клітини перебудовуються, енергія, що вивільняється під час цього процесу, достатня для запуску перебудови в інших клітинах, створюючи ефект доміно.

Це відкриття має значний потенціал для практичного застосування в медицині. Розуміння механізму лавиноподібної перебудови тканин може допомогти в розробці нових методів тканинної інженерії, покращенні технологій пересадки шкіри та прискоренні загоєння ран. Особливо перспективним є застосування цих знань у боротьбі з раком.

Професор Бі пояснює, що під час метастазування ракові клітини виходять з-під контролю і починають проникати в ті частини тіла, де їх не повинно бути. Розуміння фізичних принципів, які утримують клітини на місці та запобігають небажаним перебудовам, може стати ключем до стримування поширення раку. «Якщо ми зможемо знайти фізичні принципи, які утримують ці клітини на місці та запобігають їх перегрупуванню — лавиноподібним процесам — це може стати керівним принципом для стримування раку. Це наша мрія — знайти фізичні способи контролю над раком, утримання його на місці», — говорить вчений.

З точки зору фізики, це відкриття особливо цікаве, оскільки демонструє універсальність певних процесів у різних системах. Подібні лавиноподібні явища спостерігаються в різноманітних природних процесах — від землетрусів до пластичної деформації м'яких матеріалів.

Наразі ці висновки базуються на комп'ютерному моделюванні, але дослідники вже співпрацюють з біологами для перевірки своїх теоретичних припущень на живих тканинах. «Враховуючи універсальність, яку ми спостерігаємо в динаміці лавин, від землетрусів до пластичної течії в м'яких матеріалах, я глибоко переконаний, що подібні колективні перебудови повинні бути присутні і в тканинах. Фізика не залежить від того, чи система складається з клітин чи піску», — підкреслює професор Бі.

Дослідження проведене аспірантом Ань Нгуєном під керівництвом професора фізики Макса Бі з Північно-Східного університету, і його результати опубліковані в престижному науковому журналі Nature Communications. Ця робота відкриває нові перспективи для розуміння механічної поведінки живих тканин та може мати важливі практичні застосування в медицині майбутнього.