正常的运动细胞通常会避免碰撞，而癌细胞的行为则不同

细胞是动机并彼此接触的事实是生物学的基本原则之一。在胚胎发育期间，细胞必须与其邻居沟通，以便在差异化生物体中找到它们的适当位置。伤口愈合是另一个过程，其中直细胞间相互作用是必不可少的。在这种情况下，运动使得细胞能够迁移到病变的位置和再生丢失的结构。癌细胞还利用这种性质在原发性肿瘤中留下其原产地，这使得它们在其他组织中形成转移性肿瘤的形成。

“近年来，研究运动的生物学家和物理学家主要集中于研究由数百或数千个细胞组成的大型集体是如何协调它们的运动的，”博士生David Brückner说。他的博士生导师Chase Broedersz是慕尼黑路德维希马克西米利安大学(LMU)和阿姆斯特丹自由大学(VU)理论生物物理学副教授。“我们想知道成对的细胞在接触时是如何相互作用的，并开始使用统计物理学的方法来分析它们的行为。”

关在笼子里的细胞

为此，Brückner和他的同事们制造了一个微型“笼子”，他们称之为“细胞对撞机”。在细胞运动研究中，使用定义几何是一种流行的策略，但亚历山德拉·芬克(Alexandra Fink)，这个由LMU生物物理学和软物质物理学教授Joachim Rädler领导的小组的博士生，现在已经将其应用于一个新的环境中。

“这个想法是孤立两个细胞，同时允许他们以限制的方式互动，”布鲁塞纳解释道。这是通过将单个细胞放置在通过窄通道连接的两个隔室中的每一个中来实现的。这种几何形状意味着细胞可以通过延长称为突起的薄膜突起而相互作用，不可避免地导致碰撞。细胞核标记为荧光，以使得通过荧光显微镜监测两种细胞的运动，从而随着时间的推移跟踪两者的位置。“基于由此产生的实验数据我们能够开发一个模型，该模型提供了细胞如何交互的物理描述，“布鲁克纳说。

微观尺度上的规避行动

观察结果显示正常细胞在电池撞机中接触，它们的突起相互排斥，然后完全缩回。“当正常电池接触时，它们倾向于改变方向以避免障碍物，”布鲁克纳说。这种对初始触点的响应使得细胞能够保持彼此的距离。“我们惊讶地发现肿瘤细胞以非常不同的方式行事，”布鲁克纳补充道。

在几乎所有的情况下，这两个癌细胞试图超越对方。在他们的理论模型的帮助下，该团队能够详细模拟这种反应。分析显示，当两个肿瘤细胞相互靠近时，它们并没有像人们所期望的那样，减速。相反，它们会加速相互挤压。

“这些发现为进一步的调查提供了两种有趣的方法，”Brückner说。下一步，LMU团队计划确定两种细胞类型之间非常不同的相互作用的分子基础。癌症细胞与正常细胞的区别在于暴露在其表面的蛋白质组。其中，钙粘蛋白——一种特殊的蛋白质，在介导细胞粘附中起着至关重要的作用——是特别有趣的。

单独的Cadherins是否可以解释该研究中观察到的差异尚不清楚。此外，作者还打算检查更大的细胞骨料，例如在肿瘤中发现的细胞聚集体，显示与成对呈现的运动模式的运动模式细胞。

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