Les cellules naviguent dans le corps via un processus appelé migration cellulaire, un sujet d’étude complexe qui a récemment révélé des informations cruciales. Cette recherche de l’UMBC montre l’interaction de signaux chimiques et architecturaux sur le mouvement des cellules. En dévoilant comment elles se déplacent, où cela les mène et pourquoi, cela promet d’améliorer la compréhension des maladies et des traitements médicaux, comme le cancer.L’équipe, dirigée par des experts en biologie et en mathématiques, a combiné des expériences rigoureuses et une modélisation mathématique sophistiquée. Poursuivez votre lecture pour en savoir plus sur les implications de cette découverte !

PARIS – 22 mai 2024 –

Imaginez des cellules naviguant à travers un labyrinthe complexe, guidées par des signaux chimiques et le paysage physique de leur environnement. Une équipe de chercheurs de l’UMBC a fait une découverte importante sur la façon dont les cellules se déplacent, ou migrent, à travers ce labyrinthe de tissus corporels. Les implications potentielles incluent une meilleure compréhension de maladies comme le cancer et l’avancement des traitements médicaux.

Une collaboration interdisciplinaire révèle des secrets de la migration cellulaire

Une étude publiée dans iScience combine des expériences biologiques et des mathématiques pour révéler de nouvelles perspectives sur la migration cellulaire. Alex George, Ph.D. en sciences biologiques,et Naghmeh Akhavan,Ph.D. en mathématiques,ont dirigé l’étude,qui explore comment les cellules dans les chambres d’œufs de mouches à fruits naviguent dans leur environnement. Leurs mentors, Michelle Starz-Gaiano, professeure de sciences biologiques, et Brad Peercy, professeur de mathématiques, sont co-auteurs.

En intégrant la modélisation mathématique à l’imagerie avancée, l’équipe a découvert que la forme physique de la chambre d’œuf, combinée à des signaux chimiques appelés chimioattractants, influence considérablement la façon dont les cellules se déplacent.

This paper takes an interdisciplinary focus with tight collaboration between a mathematical framework and experimental design. The results promote the idea that complex distribution of chemical attractants can explain specific variations in migratory movement.

Brad Peercy, professeur de mathématiques

L’enthousiasme de Peercy souligne l’approche innovante de l’étude, qui fusionne des modèles mathématiques précis avec des expériences biologiques réelles pour découvrir des schémas qui étaient auparavant invisibles.

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Les travaux de l’équipe se concentrent sur les cellules bordures, un type de cellule dans les chambres d’œufs de mouches à fruits, qui constituent un système modèle pour étudier la migration cellulaire en raison de leurs similitudes avec les processus de développement et de maladie chez l’homme. L’équipe a constaté que le mouvement des cellules bordures n’était pas seulement entraîné par des concentrations chimiques continuellement croissantes d’une extrémité à l’autre de la chambre d’œuf,comme le suggéraient les modèles précédents. Au lieu de cela, la structure physique du tissu – des tubes étroits alternant avec des espaces plus larges – jouait un rôle essentiel.

This was the first time that we characterized that there were these patterns of migration behavior that ended up correlating to aspects of the tissue geometry.

Alex George, Ph.D. en sciences biologiques

George, qui se spécialise dans la capture d’images en direct de ces cellules, compare le processus à Hansel et gretel suivant des miettes de pain à travers une forêt : sur une plaine plate, le sentier est clair, mais dans un paysage avec des ravins et des vallées, les miettes de pain s’accumulent de manière inattendue, compliquant le chemin.

Pour comprendre cela, Akhavan a développé des modèles mathématiques qui simulent la façon dont les cellules réagissent à la fois aux signaux chimiques et à la géométrie des tissus. Alex’s experiments showed that the speed is not exactly the way previous models showed it, dit-elle. Ses modèles ont révélé que les cellules accélèrent dans les tubes étroits et ralentissent dans les espaces plus larges, un schéma confirmé par l’imagerie de george.

Les deux approches – expériences en laboratoire humide et modélisation – apportent des forces uniques au travail. Les mettre ensemble is like unveiling the invisible from two different perspectives, dit George. My experiments would refine her model, and her model would refine my experiments.

Et puis, When our model shows exactly what Alex found in his experiments, we love that, ajoute Akhavan.

Apprendre de nouvelles langues

Cette synergie n’a pas toujours été facile. travailler à travers les disciplines signifiait apprendre à parler les “langues” scientifiques de chacun. Akhavan,avec une formation en mathématiques pures,se souvient que lorsqu’elle a rejoint le projet,Everything was in a different language for me. De même, A couple of times I opened my MATLAB code and Alex’s eyes got huge, rit Akhavan.

Pourtant, leur collaboration a prospéré, favorisant non seulement des percées scientifiques, mais aussi l’amitié. It’s a challenge to communicate across disciplines since it’s almost like speaking in different languages, dit Starz-Gaiano. Both Alex and Naghmeh got more adept at explaining their work and honing their research questions as a result of working together over a couple of years, which was great to watch.

It is indeed a risky and vulnerable situation to be open with colleagues in areas in which you are not a burgeoning expert, ajoute Peercy. Naghmeh and Alex have grown so much through this project to genuinely rely on each other’s opinion.

L’impact plus large de l’étude réside dans son potentiel à éclairer des domaines au-delà de la biologie du développement. La migration cellulaire est essentielle dans des processus tels que la cicatrisation des plaies, les réponses immunitaires et la métastase du cancer.Most research on how cells navigate the world has focused only on chemical signals or only on structural ones, so this is one of the first studies to consider how those two things impact each other, which is likely to be relevant in many cases, explique Starz-Gaiano. En montrant comment la géométrie des tissus et les signaux chimiques interagissent,la recherche pourrait guider de nouvelles stratégies pour contrôler le mouvement des cellules via des traitements médicaux.

De nouvelles stratégies mènent à de nouvelles découvertes

George a affiné son expertise en microscopie en travaillant avec Tagide deCarvalho dans le Keith R. Porter Imaging Facility de l’UMBC. It helped me learn a lot, getting my hands on other people’s work and visualizing all the cool things, dit-il. A picture is worth a thousand words, but a movie? Ten thousand words. Maintenant, il emmène ses compétences au center de microscopie du Dartmouth Cancer Centre à la Geisel School of Medicine, où il débutera en tant que chercheur scientifique en juin.

Pour Akhavan et George, diriger ce projet a été une expérience déterminante. les modèles d’Akhavan, y compris une nouvelle approche qui utilise des calculs d’énergie pour mieux capturer la géométrie complexe de la chambre d’œuf, sont devenus la pierre angulaire de sa thèse, et elle prévoit de poursuivre ce travail après l’obtention de son diplôme.

Les mentors de George et Akhavan ont joué un rôle essentiel dans leur succès. Michelle is a role model for me, dit Akhavan, louant l’esprit de collaboration de Starz-Gaiano et Peercy.Dr. Peercy and Dr. Starz-Gaiano make the best combination for doing interdisciplinary research. This collaboration is amazing.

Les travaux de l’équipe continuent d’évoluer, y compris des expériences récentes au Advanced Imaging Center du Janelia Research Campus en Virginie, où george a utilisé des microscopes avancés pour capturer des dynamiques auparavant invisibles des chimioattractants pertinents. Ces résultats affineront davantage leurs modèles, ouvrant de nouvelles voies de recherche.

We are developing new experimental strategies both on the biology and the math side of things, dit Starz-Gaiano, so it will be exciting to see where this will take us next.

FAQ sur la migration cellulaire

• Qu’est-ce que la migration cellulaire ? La migration cellulaire est le processus par lequel les cellules se déplacent d’un endroit à un autre en réponse à des signaux chimiques ou physiques.
• Pourquoi la migration cellulaire est-elle importante ? Elle est essentielle pour le développement embryonnaire, la cicatrisation des plaies, les réponses immunitaires et peut également jouer un rôle dans la propagation du cancer.
• Quels sont les facteurs qui influencent la migration cellulaire ? Les signaux chimiques (chimioattractants) et la structure physique de l’environnement tissulaire sont des facteurs clés.
• Comment cette recherche pourrait-elle bénéficier aux traitements médicaux ? En comprenant comment les cellules se déplacent, nous pourrions développer de nouvelles stratégies pour contrôler leur mouvement, par exemple pour empêcher la propagation du cancer ou améliorer la cicatrisation des plaies.

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