Forschende des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation (MPI-DS) haben einen entscheidenden Zusammenhang zwischen Zellwachstum und Bewegung in Zellverbänden entdeckt. Ihre Studie zeigt, wie diese Wechselwirkung die Durchmischung von Bakterienkolonien oder Tumoren beeinflusst und liefert neue Ansätze für die biologische Forschung.

Mit einem Computermodell simulierten die Wissenschaftler eine dreidimensionale Zellkolonie, die durch Zellteilung wächst und deren Zellen sich aktiv bewegen können. Die Ergebnisse zeigen, dass schnelles Wachstum die Bewegung der Zellen stark einschränkt, da Platzmangel und die Ausdehnung der Kolonie die Fortbewegung behindern. Erst ab einer bestimmten Schwelle an Bewegungskraft können Zellen sich wieder durch das Gewebe bewegen. Dieser Übergang entsteht allein durch mechanische Wechselwirkungen, ohne biochemische Signale.

“Das Überraschende war, dass es eine relativ scharfe Schwelle der Motilität gibt, bis zu der das Wachstum eines Zellhaufens die Bewegung der Zellen fast vollständig hemmt“, sagt Torben Sunkel, Erstautor der Studie. Erst wenn ein bestimmtes Verhältnis von Fortbewegungskraft und Wachstumsrate überschritten wird, beginnen die Zellen, sich durch das Gewebe zu bewegen. In der Biologie ist bekannt, dass Zellen durch biochemische Signale oder andere Mechanismen ihre Motilität an- oder ausschalten können. “Aber in unserem Modell ergibt sich der Übergang ganz von selbst aus den mechanischen Wechselwirkungen – ein Paradebeispiel für kollektives Verhalten, das durch das Zusammenspiel vieler Einzelteile entsteht”, unterstreicht Philip Bittihn, Seniorautor der Studie und Gruppenleiter in der Abteilung Physik lebender Materie am MPI-DS.

Die Erkenntnisse könnten die Forschung zu Bakterienkolonien, Wundheilung, Gewebezüchtung oder Krebs voranbringen, da sie erklären, wie Zellkolonien sich organisieren und strukturieren.

Original Paper:

Motility-induced mixing transition in exponentially growing multicellular spheroids | Communications Physics

Redaktion: X-Press Journalistenbüro GbR

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