Биoлoги из Тoкийскoгo унивeрситeтa oбнaружили, чтo мexaнизм старения раковых клеток впору описать с помощью моделей физического старения стеклообразных материалов. Установить такую аналогию посчастливилось при изучении замедления процессов залечивания повреждений в клеточной культуре с возрастом, пишут ученые в Physical Review   E.

В несходство от старения биологических клеток и тканей, физическое старение кристаллических и аморфных материалов за глаза станет хорошо изучено и описано с помощью математических моделей. При этом биомеханические свойства некоторых тканей позволяют проводить аналогию посередине клеточными структурами и аморфными стеклообразными материалами. С помощью физических моделей можно объяснить многие свойства живых тканей, которые основаны нате медленной миграции клеток, например динамику возникновения и исчезновения неоднородностей в клеточных тканях или кооперативное поступки клеток. Поэтому ученых заинтересовал вопрос, нельзя ли использовать для описания старения биологических тканей математические модели исполнение) старения стекол.

Группа биологов из Токийского университета под руководством Юй Чэня (Yu Chen) предложила с через подобной аналогии объяснить процесс старения раковых клеток. Для описания механизма старения ученые рассмотрели динамику залечивания разрезов в клеточных культурах контуры HepG2.2.15 (клетки рака печени человека). В нескольких образцах тканей разного возраста (ото   до 6   суток) биологи делали разрез шириной 0,25   миллиметра и наблюдали по (по грибы) динамикой его залечивания в течение восьми   суток.

Залечивание клеток разного возраста (с 24   до 96   часов): слева показаны клетки сразу после нанесения разреза, посередине   — по вине четверо суток, справа   — через семь суток. Y. Lou et al./ Phys. Rev. E,   2017

После разреза клетки начинают передвигаться в образовавшееся свободное пространство, в результате чего рана постепенно срастается. Однако в зависимости через возраста образца, динамика срастания может очень сильно варьироваться. Проанализировав микрофотографии тканей спустя различное время после нанесения разреза, ученые обнаружили, зачем для всех клеток перед началом миграции внутрь разреза характерен сжатый выжидательный период. Чем длиннее такой период, тем дольше происходит заживание раны. А длительность этого периода сильно зависит от возраста самих клеток.

Во (избежание описания полученных данных, ученые построили   агентную модель,   которая   учитывает взаимодействия посередке отдельными клетками и взаимодействие клеток с внеклеточным матриксом. Модель предполагает, что каморка может находиться в двух различных состояниях: либо она свободно перемещается, что-то около что при этом происходит рост ткани (growing state), либо ее резвость ограничена так, что ее положение фиксируется (arrested state). Такую систему ученым посчастливилось описать с помощью асимметричного реакционно-диффузионного уравнения, которое позволяет описать отклик залечивание ран с учетом механизмов клеточной диффузии, клеточного роста и контактного торможения.

В результате авторы работы немерено точно воспроизвели экспериментальные данные и показали, что процесс залечивания разрезов в клеточных культурах аналогичен процессу релаксации в стеклообразных материалах. Оказалось, аюшки?, подобно аморфным материалам, скорость залечивания повреждений при старении падает. Персептрон предполагает асимметрию перехода между двумя состояниями клетки: из растущего состояния полегчало перейти в фиксированное, чем обратно, поэтому с возрастом увеличивается количество клеток, которые приставки не- участвуют в процессе залечивания. В стеклообразных материалах подобный механизм описывает потенциальный затруднение, который нужно преодолеть частице материала, чтобы начать движение в стороны какого-в таком случае нарушения структуры. Как и в случае, с биологическими клетками, этот барьер растет с течением времени.

При этом, вопреки, на то, что старение описывается похожими механизмами, значения количественных параметров моделей интересах двух систем довольно сильно отличаются. Тем не менее, ученые отмечают, аюшки? такая модель, которая хорошо разработана для релаксации аморфных твердых материалов, поможет отпустило понять теоретическую основу старения клеток и разобраться в механизме его работы.

Стоит н, что математические модели достаточно часто используются для описания процессов старения, роста и миграции клеток. Скажем, недавно эволюционные биологи с помощью математической модели показали, что старение многоклеточных организмов неотвратимо. А другая группа ученых с помощью численного моделирования смогла изучить рост меланомы.

Автор: Александр Дубов