Memori seluler: Sel strategi yang pintar digunakan untuk bergerak melalui lingkungan yang sempit
Dalam penyembuhan luka, respon imun, dan metastasis kanker, sel bermigrasi melalui tubuh – sering meremas melalui ruang sempit dan terbatas. Bersama dengan kolaborator eksperimental, David Brückner di University of Basel telah menemukan bahwa sel memiliki semacam ingatan: mereka dapat “mengingat” bagaimana mereka sebelumnya menavigasi penyempitan seperti itu. Ini memungkinkan mereka untuk bergerak lebih cepat dan efisien melalui jaringan yang kompleks.
Tubuh manusia terdiri dari triliunan sel. Sebagian besar dari mereka, seperti sel kulit, tetap di tempat sepanjang umur mereka. Tetapi ada beberapa pengecualian: sel embrionik, sel kekebalan tubuh, dan mereka yang terlibat dalam penyembuhan luka melakukan perjalanan melalui tubuh. Sel -sel kanker juga memiliki kemampuan ini, menyebar dari tumor primer untuk membentuk metastasis di daerah yang jauh. Untuk berpindah dari satu tempat ke tempat lain, sel harus memeras melalui celah sempit di jaringan – seringkali lebih kecil dari sel itu sendiri. Ini mengharuskan mereka untuk mengubah bentuk, proses yang mengkonsumsi waktu dan energi.
Profesor David Brückner di Biozentrum Universitas Basel dan peneliti yang dipimpin oleh Prof. Sylvain Gabriele dari University of Mons di Belgia telah menemukan bahwa sel yang bermigrasi mempertahankan memori mekanis. Mereka dapat “mengingat” bentuk yang mereka adopsi ketika melewati penyempitan. Memori memungkinkan mereka untuk mempertahankan bentuk itu alih -alih membentuk kembali setiap kali mereka menemukan ruang yang tidak terbatas, memungkinkan mereka bergerak lebih cepat dan lebih efisien di lingkungan yang kompleks. Studi yang diterbitkan di Fisika alam, menyoroti mekanisme biofisik yang mendasari perilaku ini. Sebagai ahli fisika teoretis, Brückner mengembangkan model matematika yang menggambarkan dinamika migrasi sel.
Mengubah bentuk
Para peneliti mempelajari perilaku sel-sel individu dalam mikropattern berbentuk dumbel yang dirancang khusus pada chip: dua sumur kecil dalam bentuk kotak yang dihubungkan oleh saluran sempit atau “jembatan” meniru ruang jaringan ketat. “Sel menggunakan tonjolan – ekstensi seperti lengan mikroskopis – untuk bergerak dalam struktur ini,” jelas Brückner. “Sel -sel kanker sangat mobile, terus -menerus bermigrasi bolak -balik melintasi jembatan.” Selama migrasi terbatas, sel beralih di antara dua bentuk yang berbeda: morfologi memanjang dan dipadatkan.
Ketika sel memasuki jembatan terbatas, dua tonjolan menarik arah yang berlawanan. Jadi, pada awalnya, sel mengeksplorasi pilihannya dan membentang. Semakin lama tetap terbatas, semakin besar kemungkinan untuk beralih ke bentuk kompak. “Dalam keadaan ini, sel hanya memiliki tonjolan penuntun tunggal, menyeret tubuhnya seperti karung di belakang,” kata penulis pertama penelitian, Yohalie Kalukula dari University of Mons. “Sel menggunakan energinya untuk bergerak ke satu arah.”
Bentuk kompak bahkan setelah meninggalkan kurungan
Anehnya, sebagian besar sel yang telah dikurung untuk waktu yang lama mempertahankan bentuk kompaknya bahkan setelah meninggalkan jembatan sempit. Ini membuat mereka lebih siap untuk penyempitan berikutnya. “Rupanya, sel -sel ingat bahwa mereka telah melewati ruang sempit dan lebih mengantisipasi di depan, sehingga mereka tetap kompak,” jelas Kalukula. “Namun, dalam beberapa kasus, sel -sel kembali ke bentuk memanjang.
Efek memori
Para peneliti telah mengungkapkan bahwa memori mekanis ini dikodekan dalam organisasi sitoskeleton, khususnya korteks aktin, yang menentukan bentuk sel dan integritas struktural. Ketika sel dikurung untuk waktu yang lama, mereka merombak korteks aktin mereka. Struktur ini menjadi lebih tebal dan lebih kuat, sehingga memungkinkan sel untuk mempertahankan bentuknya yang ringkas bahkan di lingkungan yang tidak terbatas. “Tapi renovasi korteks aktin membutuhkan waktu – itulah yang memunculkan efek memori ini,” kata Brückner.
Temuan penelitian menunjukkan bahwa memori mekanis membantu memigrasi sel menavigasi lingkungan yang kompleks secara lebih efisien. Ini bisa bermanfaat dalam proses seperti penyembuhan luka dan pertahanan kekebalan tubuh. Namun, efek memori ini mungkin juga memiliki downside: ini dapat membantu sel tumor menyebar lebih cepat ke seluruh tubuh.
Publikasi asli
Yohalie Kalutula, Marine Luciano, Gleb Simanov, Guillaume Charras, David B. Brücknerdan Sylvain Gabriele.
Korteks aktin bertindak sebagai memori mekanis morfologi dalam sel yang bermigrasi terbatas.
Nature Physics (2025), doi: 10.1038/s41567-025-02980-z
