मैकेनोबायोलॉजी में, कोशिकाओं की ताकतों को उनके बढ़े हुए कार्य के लिए मौलिक माना गया है, जिसमें तेजी से प्रवासन भी शामिल है। लेकिन सेंट लुइस में वाशिंगटन विश्वविद्यालय के मैककेल्वे स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग के शोधकर्ताओं के एक समूह ने पाया है कि कोशिकाएं कम बल उत्पन्न और उपयोग कर सकती हैं, फिर भी उच्च बल उत्पन्न करने और उपयोग करने वाली कोशिकाओं की तुलना में तेजी से आगे बढ़ती हैं, जिससे बल की सदियों पुरानी धारणा उलट जाती है। .
मैकेनिकल इंजीनियरिंग और सामग्री विज्ञान के प्रोफेसर अमित पाठक की प्रयोगशाला ने पाया कि संरेखित कोलेजन फाइबर के साथ नरम सतहों का पालन करने पर कोशिकाओं के समूह कम बल के साथ तेजी से आगे बढ़ते हैं। ऐसा माना जाता है कि कोशिकाएं लगातार बल उत्पन्न करती रहती हैं क्योंकि उन्हें आगे बढ़ने के लिए अपने वातावरण के घर्षण और खिंचाव पर काबू पाना होता है। हालाँकि, बलों की इस पारंपरिक आवश्यकता को अनुकूल पर्यावरणीय परिस्थितियों, जैसे कि संरेखित फाइबर, में कम किया जा सकता है। उनके परिणाम, में प्रकाशित हुए पीएलओएस कम्प्यूटेशनल जीवविज्ञान 9 जनवरी, सामूहिक कोशिका प्रवासन में इस गतिविधि को दिखाने वाले पहले व्यक्ति हैं।
पाठक और उनकी प्रयोगशाला के सदस्यों ने वर्षों तक मानव स्तन उपकला कोशिकाओं की गति पर नज़र रखी है, जिससे यह पता चला है कि कोशिकाएं नरम सतह की तुलना में कठोर, कठोर सतह पर तेजी से चलती हैं, जहां वे फंस जाती हैं। उनके शोध का कैंसर मेटास्टेसिस और घाव भरने में निहितार्थ है।
नए शोध में, उन्होंने पाया कि कोशिकाएं यादृच्छिक फाइबर की तुलना में संरेखित कोलेजन फाइबर पर 50% से अधिक तेजी से स्थानांतरित होती हैं। इसके अलावा, उन्होंने पाया कि कोशिकाएं अपने समूह के विस्तार की दिशा में अपने प्रवास को निर्देशित करने के लिए दिशात्मक संकेतों के रूप में संरेखित फाइबर का उपयोग करती हैं।
“हमें आश्चर्य हुआ कि यदि आप बल लगाते हैं, और कोई घर्षण नहीं होता है, तो क्या कोशिकाएं अधिक बल उत्पन्न किए बिना तेजी से आगे बढ़ सकती हैं?” पाठक ने कहा. “हमने महसूस किया कि यह शायद पर्यावरण पर निर्भर है। हमने सोचा कि वे रेल पटरियों की तरह संरेखित फाइबर पर तेज़ होंगे, लेकिन आश्चर्य की बात यह थी कि वे वास्तव में कम ताकत पैदा कर रहे थे और अभी भी तेज़ चल रहे थे।”
अमृत बागची, जिन्होंने 2022 में पाठक की प्रयोगशाला में मैककेल्वे इंजीनियरिंग से मैकेनिकल इंजीनियरिंग में डॉक्टरेट की उपाधि प्राप्त की और अब पेंसिल्वेनिया विश्वविद्यालय में सेंटर फॉर इंजीनियरिंग मैकेनोबायोलॉजी में पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता हैं, ने शोध स्थापित करने के लिए काफी मेहनत की। बागची ने ऊर्जा, पर्यावरण और रासायनिक इंजीनियरिंग के एसोसिएट प्रोफेसर मार्कस फॉस्टन की प्रयोगशाला में कई महीनों तक कोविड-19 महामारी के दौरान एक नरम हाइड्रोजेल बनाया, फिर कोशिकाओं को लगाने से पहले स्कूल ऑफ मेडिसिन में एक विशेष चुंबक का उपयोग करके तंतुओं को संरेखित किया। यह उनके आंदोलन को ट्रैक करने के लिए है।
बागची ने एक बहुस्तरीय मोटर-क्लच मॉडल विकसित किया जिसमें कोशिकाओं में बल पैदा करने वाले तंत्र मोटर के रूप में कार्य करते हैं, और क्लच कोशिकाओं के लिए कर्षण प्रदान करता है। बागची ने कुशलतापूर्वक तीन परतों का उपयोग करके सामूहिक कोशिकाओं के लिए मॉडल को परिवर्तित किया – एक कोशिकाओं के लिए, एक कोलेजन फाइबर के लिए और एक नीचे कस्टम जेल के लिए – जो सभी एक दूसरे के साथ संचार करते थे।
बागची ने कहा, “हालांकि प्रयोगात्मक परिणामों ने शुरू में हमें आश्चर्यचकित कर दिया, लेकिन उन्होंने इस विपरीत व्यवहार के पीछे भौतिकी को समझाने के लिए एक सैद्धांतिक मॉडल विकसित करने के लिए प्रेरणा प्रदान की।” “समय के साथ, हमें यह समझ में आया कि कोशिकाएं घर्षण बलों का अनुभव करने के लिए प्रॉक्सी के रूप में संरेखित फाइबर का उपयोग करती हैं जो यादृच्छिक फाइबर स्थिति से काफी भिन्न होती हैं। हमारे मॉडल की मैट्रिक्स मैकेनोसेंसिंग और ट्रांसमिशन की अवधारणा अन्य प्रसिद्ध सामूहिक प्रवासन व्यवहारों की भी भविष्यवाणी करती है, जैसे हैप्टोटैक्सिस और ड्यूरोटैक्सिस, वैज्ञानिकों को अन्य दिलचस्प सेल माइग्रेशन फेनोटाइप का पता लगाने और संभावित रूप से विस्तार करने के लिए एक एकीकृत ढांचे की पेशकश करते हैं।”
