17 feb. 1999
2 minuten
Op een stevige ondergrond bewegen cellen anders dan op een zachter oppervlak. Met een wiskundig model heeft voormalig FOM-promovendus Elizaveta Novikova (TU/e) voor het eerst een verband aangetoond tussen dit lokale gedrag van cellen en hun globale neiging om te bewegen naar een steviger ondergrond. Deze kennis biedt aanknopingspunten om cellen gericht te sturen.
Novikova promoveerde vorig jaar aan de TU/e bij dr. Kees Storm die met zijn groep Theory of Polymers and Soft Matter theoretisch onderzoek doet naar biologische systemen. Tijdens een verblijf op de University of Pennsylvania ontwikkelde Novikova een model om experimentele resultaten over de bewegingsvoorkeuren van cellen beter te begrijpen.
Cellen kunnen ‘ruiken’ en ‘voelen’
Het is al veel langer bekend dat de chemische omgeving van een cel zijn beweging beïnvloedt. Variëren met de concentratie van een bepaalde stof zorgt dat cellen bewegen in de richting van toenemende of juist afnemende concentratie van die stof. "Dat heeft waarschijnlijk een evolutionaire voordeel. Het maakt dat cellen gericht kunnen bewegen naar een bron van voedingsstoffen of zuurstof", aldus Storm. "Die gevoeligheid van cellen voor chemische gradiënten kun je vergelijken met ons reukzintuig: cellen ‘ruiken’ de stoffen in hun omgeving en bewegen daar naartoe of juist vandaan. Op dezelfde manier blijken cellen een soort ‘tastzin’ te hebben, die in de celbiologie mechanosensing wordt genoemd. Cellen ‘voelen’ de stevigheid van hun omgeving en dat beïnvloedt de manier waarop en de richting waarin ze bewegen."
Model
In de literatuur zagen de onderzoekers twee effecten van stevigheid op de celbeweging. Allereerst duurt het op een steviger ondergrond langer voordat cellen van richting veranderen. Daarnaast blijkt dat bij een omgeving die varieert in stevigheid, de cellen altijd in de richting van grotere stevigheid kruipen. Tijdens haar verblijf in Pennsylvania kon Novikova de experimentele data uit de groep van Dennis Discher gebruiken voor haar model over stijfheid-gedreven celbeweging.
"Natuurlijk zou ook deze natuurlijke beweging naar meer stevigheid een evolutionair voordeel kunnen hebben", vertelt Storm. "Novikova’s model laat echter zien dat de globale beweging naar een stijvere ondergrond direct voortvloeit uit de lokale neiging van cellen om langer in één richting te bewegen op een stijvere ondergrond."
Celbeweging sturen
Het model biedt een nieuwe manier om experimentele data te interpreteren en te begrijpen hoe de mechanische omgeving het bewegen van cellen beïnvloedt. "Bovendien geeft deze kennis onderzoekers een nieuwe manier om aan cellen ‘hun wil op te leggen’ door ze mechanisch te sturen of bijvoorbeeld verschillende soorten cellen te scheiden," aldus Storm. "Dat maakt interessante toepassingen buiten het lichaam mogelijk, bijvoorbeeld in zogenoemde organs on chips, een nieuwe technologie waarbij levensechte mini-organen, buiten het lichaam, voor onderzoek en diagnose gebruikt worden."
Elizaveta Novikova werkt sinds haar promotie in Parijs, als postdoc aan het Institut de Biologie et de Technologies de Saclay.
Persistence-driven durotaxis: generic, directed mobility in rigidity gradients, Elizaveta A. Novikova, Matthew Raab, Dennis E. Discher en Cornelis Storm, Phys. Rev. Lett. 118, 078103 (2016), Doi: 10.1103/PhysRevLett.118.078103