Quão ativa matéria, como assembléias de células bacterianas ou epiteliais, consegue se expandir em espaços estreitos, em grande parte depende de sua dinâmica de crescimento, como os físicos da LMU demonstram em um estudo recém-publicado.

Formas biológicas de matéria ativa, como biofilmes bacterianos ou camadas de células epiteliais, são freqüentemente encontrados em microespaços confinados. Descobrir como esses sistemas colonizam seu ambiente e estendem seu alcance invadindo novos territórios aumentará nossa compreensão de muitas das funções normais e dos estados de doença observados em organismos superiores. Em cooperação com o Dr. Amin Doostmohammadi (Universidade de Oxford), Os físicos da LMU Felix Kempf e o Professor Erwin Frey demonstraram agora, com a ajuda de simulações de computador, que os coletivos de células exibem uma variedade de padrões de motilidade à medida que se aproximam e passam por constrições locais. Os autores do novo estudo continuam mostrando que o padrão adotado depende do nível de motilidade ativa que se desenvolve na borda dianteira do conjunto. Os resultados aparecem no jornal Matéria Macia .

Várias publicações anteriores sugeriram que os movimentos coletivos da matéria biológica são influenciados pela natureza do terreno em que tais sistemas se encontram. Em particular, experimentos in vitro realizados com células epiteliais e bacterianas, e com misturas que consistem em biofilamentos intracelulares isolados e motores moleculares, revelaram que os limites espaciais têm um impacto significativo na motilidade. "Até aqui, este tipo de pesquisa tem se concentrado principalmente nas interações entre a forma do obstáculo empregado e a atividade móvel das partículas em questão, "diz Kempf, o principal autor do novo artigo. Contudo, na maioria desses sistemas, o número de partículas não permanece constante. Em condições naturais, células epiteliais ou bacterianas se dividem em intervalos regulares e, quando confinado em tubos capilares, eles formam uma frente de invasão que avança. Portanto, para entender como esses padrões se formam e evoluem, é necessário levar em consideração a dinâmica de crescimento desses sistemas. Kempf e colegas usaram simulações de computador para explorar os efeitos desse fator.

Eles observaram três modos fundamentalmente distintos de invasão, que pode ser distinguido com base na atividade geral do sistema de cultivo e no comportamento da frente de invasão à medida que se aproxima da constrição. Se o nível de atividade móvel for baixo, a frente de invasão mantém seu contorno suave e bem definido à medida que avança a uma velocidade constante. Em níveis mais altos de atividade, a borda dianteira assume um contorno irregular. Finalmente, uma vez que o nível de atividade excede um certo limite, pequenos grupos de células se destacam da frente de avanço, que pode, então, rastejar seu caminho através da abertura estreita. As simulações também permitiram aos pesquisadores caracterizar os processos que impulsionam as transições observadas à medida que a frente de invasão evolui, e quantificar seu impacto na velocidade com que as células avançaram para o espaço cada vez mais confinado. "Essas descobertas dão uma contribuição significativa para a nossa compreensão da matéria ativa, e têm várias implicações que podem ser testadas em experimentos futuros, "diz Kempf.