Forschende der Universität Basel und der Universität Mons in Belgien haben entdeckt, dass wandernde Zellen ein mechanisches Gedächtnis besitzen, das ihnen hilft, sich effizienter durch enge Gewebestrukturen zu bewegen. Diese Erkenntnis, veröffentlicht in der Zeitschrift Nature Physics, könnte weitreichende Auswirkungen auf das Verständnis von Wundheilung, Infektionsabwehr und der Ausbreitung von Krebs haben.

Zellen wie Abwehrzellen, embryonale Zellen oder Tumorzellen bewegen sich durch den Körper, um ihre Funktionen zu erfüllen – sei es bei der Wundheilung, der Immunabwehr oder der Bildung von Metastasen. Dabei müssen sie oft enge Zwischenräume im Gewebe passieren, die kleiner sind als sie selbst. Dies erfordert eine Verformung der Zelle, was Energie und Zeit kostet. Die neue Studie zeigt, dass Zellen lernen, solche Engstellen effizienter zu überwinden, indem sie sich an frühere Passagen erinnern und ihre Form entsprechend anpassen.

Die Forscher untersuchten das Verhalten einzelner Zellen in künstlichen Mikrostrukturen, die enge Gewebekanäle nachbilden. Dabei stellten sie fest, dass Zellen zwischen zwei Formen wechseln: einer flachen, langgezogenen Gestalt und einer kompakten, kugelförmigen Form. In engen Kanälen bevorzugen Zellen zunehmend die kompakte Form, bei der sie mit einem einzigen Fortsatz gezielt in eine Richtung ziehen. Überraschend ist, dass Zellen diese kompakte Form auch nach Verlassen der Engstelle oft beibehalten, was sie auf weitere Hindernisse vorbereitet.

Dieses mechanische Gedächtnis basiert auf Veränderungen im Aktin-Gerüst, einem zentralen Bestandteil des Zellskeletts, das für Form und Stabilität verantwortlich ist. In engen Räumen verstärkt die Zelle dieses Gerüst, wodurch die kompakte Form stabiler wird. Der Umbau des Aktin-Gerüsts ist jedoch zeitaufwendig, was den Gedächtniseffekt erklärt: Zellen, die längere Zeit eingeengt waren, behalten die kompakte Form bei, um schneller auf neue Hindernisse reagieren zu können.

Die Ergebnisse verdeutlichen, wie Zellen ihre Beweglichkeit in komplexen Umgebungen optimieren. Dies könnte die Effizienz von Prozessen wie Wundheilung oder Infektionsabwehr verbessern. Gleichzeitig birgt die Fähigkeit von Tumorzellen, sich schneller durch Gewebe zu bewegen, Risiken, da sie die Metastasierung erleichtern könnte. Die Studie kombiniert experimentelle Beobachtungen mit einem mathematischen Modell, das die Dynamik der Zellbewegung beschreibt, und eröffnet neue Perspektiven für die biomedizinische Forschung.

Original Paper:

Yohalie Kalukula, Marine Luciano, Gleb Simanov, Guillaume Charras, David B. Brückner and Sylvain Gabriele.
The actin cortex acts as a mechanical memory of morphology in confined migrating cells.
Nature Physics (2025), doi: 10.1038/s41567-025-02980-z

Redaktion: X-Press Journalistenbüro GbR

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