Lompat ke konten Lompat ke sidebar Lompat ke footer

Bagaimana Sel Mengontrol Keadaan Fisik Jaringan Embrio

 Pada tahap paling awal kehidupan, hewan mengalami beberapa transformasi fisik paling spektakuler. Setelah hanya berupa gumpalan sel yang membelah, mereka mulai mengatur ulang diri menjadi bentuk yang lebih khas, baik itu ikan, burung, atau manusia. Memahami bagaimana sel bertindak bersama untuk membangun jaringan telah menjadi masalah mendasar dalam fisika dan biologi.

IMAGES
Gambar: litbang.kemendagri.go.id

Sekarang, profesor UC Santa Barbara Otger Campàs, yang juga memegang Ketua Mellichamp dalam Biologi Sistem dan Bioteknologi, dan Sangwoo Kim, seorang rekan postdoctoral di lab profesor Campàs, telah mendekati pertanyaan ini, dengan temuan yang mengejutkan.

"Ketika Anda memiliki banyak sel yang berinteraksi secara fisik satu sama lain, bagaimana sistem berperilaku secara kolektif? Bagaimana keadaan fisik dari ensembel?" kata Campàs.

Memang, jelasnya, jaringan seluler embrio adalah "bahan aneh", dengan setiap sel mengonsumsi energi kimia dan menggunakannya untuk menerapkan gaya ke tetangganya dan mengoordinasikan tindakan mereka. Studi in-vitro dengan sel di piring sintetis hanya memberikan sebagian gambar, tambahnya; dengan mempelajari sel-sel di lingkungan asalnya, embrio yang hidup, mereka dapat mengetahui bagaimana sel mengontrol keadaan kolektif mereka dan transisi fase yang muncul dari simfoni tarikan dan tarikan mereka.

Dalam makalah yang diterbitkan di Nature Physics , Campàs, Kim dan rekannya melaporkan pengembangan kerangka komputasi yang menangkap berbagai interaksi antar sel dan menghubungkannya dengan dinamika jaringan embrio. Tidak seperti simulasi sebelumnya, kerangka kerja ini memperhitungkan beberapa fitur utama yang relevan dengan interaksi sel, seperti ruang antar sel, bentuk sel, dan fluktuasi tegangan tempat sel bertemu.

"Untuk memahami sepenuhnya perilaku fisik jaringan embrio, semua aspek kunci jaringan embrio pada skala seluler harus diperhitungkan dalam model karena sifat jaringan yang muncul berasal dari interaksi pada skala seluler," kata Kim, penulis utama studi tersebut. . "Ada banyak model untuk mempelajari jaringan embrio, tetapi tidak ada kerangka umum yang mencakup fitur-fitur kunci tersebut, sehingga menghalangi pemahaman holistik tentang perilaku fisik jaringan embrio."

Jiggling Cells

Jaringan embrio, menurut para peneliti, secara fisik berperilaku seperti busa berair, sistem yang terdiri dari kantong-kantong udara individu yang berkumpul bersama dalam cairan. Pikirkan busa sabun atau buih bir.

"Dalam kasus busa, struktur dan dinamikanya diatur oleh tegangan permukaan," kata Kim. Gaya-gaya analogi ditemukan di mana sel-sel bersentuhan satu sama lain dalam jaringan embrionik, baik pada permukaan bagian dalam membran sel maupun di antara sel.

"Gaya efektif yang bekerja pada persimpangan sel-ke-sel diatur oleh tegangan kortikal dan adhesi sel-ke-sel," kata Kim, "sehingga gaya total pada kontak sel-ke-sel dapat dimodelkan sebagai tegangan permukaan yang efektif. "

Namun, tidak seperti gaya yang lebih statis antar sel dalam busa biasa, gaya antar sel dalam jaringan embrionik bersifat dinamis.

"Sel-sel dalam jaringan tidak menghasilkan gaya statis, melainkan menampilkan gerakan mendorong dan menarik yang dinamis dari waktu ke waktu," jelas Campas. "Dan kami menemukan bahwa sebenarnya fluktuasi tegangan inilah yang secara efektif 'melelehkan' jaringan menjadi cairan." Kelenturan jaringan inilah yang memungkinkan sel untuk mengatur ulang dan membentuk jaringan, jelasnya.

Para peneliti menguji model mereka dengan mengukur bagaimana gaya berubah seiring waktu dalam embrio ikan zebra, model organisme yang populer bagi mereka yang mempelajari perkembangan vertebrata. Mengandalkan teknik yang dikembangkan di Campàs Lab menggunakan tetesan magnetis kecil yang disisipkan di antara sel-sel dalam embrionik ikan zebra, mereka dapat memastikan, dengan cara tetesan itu berubah bentuk, gaya dinamis di balik keadaan cairan jaringan.

Temuan mereka bahwa fluktuasi tegangan bertanggung jawab atas fluiditas jaringan selama perkembangan berbeda dengan anggapan yang diterima secara umum bahwa perubahan adhesi antar sel adalah faktor penting yang mengontrol fluiditas jaringan - jika adhesi antar sel mencapai ketinggian tertentu. ambang batas, jaringan akan menjadi cairan.

"Tapi karena kekuatan dan ketegangan sel berfluktuasi dalam embrio, bisa jadi ini memainkan peran penting dalam fluidisasi jaringan," kata Campàs. "Jadi ketika kami menjalankan simulasi dan melakukan eksperimen, kami menyadari bahwa sebenarnya goncangan jauh lebih penting untuk fluidisasi daripada adhesi." Keadaan fluida jaringan adalah hasil dari dinamika gaya, bukan perubahan tegangan atau adhesi sel statis.

Temuan studi ini dapat memiliki implikasi di bidang fisika, khususnya di bidang materi aktif - sistem dari banyak unit individu yang masing-masing mengonsumsi energi dan menerapkan gaya mekanis yang secara kolektif menunjukkan perilaku kolektif yang muncul. Studi ini juga dapat menginformasikan studi dalam biologi, dalam penyelidikan tentang bagaimana perubahan parameter sel individu dapat mengontrol keadaan global jaringan seperti dengan perkembangan embrio atau dengan tumor.

Powered By NagaNews.Net