మెకానోబయాలజీలో, కణాల శక్తులు వేగవంతమైన వలసలతో సహా వాటి మెరుగైన పనితీరుకు ప్రాథమికంగా పరిగణించబడ్డాయి. కానీ సెయింట్ లూయిస్‌లోని వాషింగ్టన్ యూనివర్శిటీలోని మెక్‌కెల్వీ స్కూల్ ఆఫ్ ఇంజనీరింగ్‌లోని పరిశోధకుల బృందం కణాలు తక్కువ శక్తిని ఉత్పత్తి చేయగలవని మరియు ఉపయోగించగలవని కనుగొన్నారు, అయితే కణాల కంటే వేగంగా కదులుతాయి మరియు అధిక శక్తులను ఉపయోగిస్తాయి, ఇది శక్తి యొక్క పాత ఊహను దాని తలపైకి మార్చింది. .
మెకానికల్ ఇంజనీరింగ్ మరియు మెటీరియల్ సైన్స్ ప్రొఫెసర్ అమిత్ పాథక్ యొక్క ప్రయోగశాల, సమలేఖనం చేయబడిన కొల్లాజెన్ ఫైబర్‌లతో మృదువైన ఉపరితలాలకు కట్టుబడి ఉన్నప్పుడు కణాల సమూహాలు తక్కువ శక్తితో వేగంగా కదులుతాయని కనుగొన్నారు. కణాలు నిరంతరం శక్తులను ఉత్పత్తి చేస్తాయని భావించారు, ఎందుకంటే అవి కదలడానికి వాటి పర్యావరణం యొక్క ఘర్షణ మరియు డ్రాగ్‌ను అధిగమించాలి. అయినప్పటికీ, సమలేఖనమైన ఫైబర్స్ వంటి అనుకూలమైన పర్యావరణ పరిస్థితులలో బలగాల యొక్క ఈ సాంప్రదాయిక అవసరాన్ని తగ్గించవచ్చు. వారి ఫలితాలు, ప్రచురించబడ్డాయి PLOS కంప్యూటేషనల్ బయాలజీ జనవరి 9, సామూహిక సెల్ మైగ్రేషన్‌లో ఈ కార్యకలాపాన్ని మొదటిసారిగా చూపించారు.
పాథక్ మరియు అతని ల్యాబ్ సభ్యులు మానవ క్షీరద ఎపిథీలియల్ కణాల కదలికను సంవత్సరాల తరబడి ట్రాక్ చేశారు, కణాలు మృదువైన ఉపరితలం కంటే కఠినమైన, గట్టి ఉపరితలంపై వేగంగా కదులుతాయని, అక్కడ అవి చిక్కుకుపోతాయని నిర్ధారిస్తారు. వారి పరిశోధన క్యాన్సర్ మెటాస్టాసిస్ మరియు గాయం నయం చేయడంలో చిక్కులను కలిగి ఉంది.
కొత్త పరిశోధనలో, యాదృచ్ఛిక ఫైబర్‌ల కంటే సమలేఖనం చేయబడిన కొల్లాజెన్ ఫైబర్‌లపై కణాలు 50% కంటే ఎక్కువ వేగంగా వలసపోతున్నాయని వారు కనుగొన్నారు. అదనంగా, కణాలు తమ సమూహాన్ని విస్తరించే దిశగా వారి వలసలను మార్గనిర్దేశం చేసేందుకు డైరెక్షనల్ క్యూస్‌గా సమలేఖనం చేయబడిన ఫైబర్‌లను ఉపయోగిస్తాయని వారు కనుగొన్నారు.
“మీరు శక్తిని వర్తింపజేస్తారా అని మేము ఆశ్చర్యపోయాము మరియు అక్కడ ఘర్షణ లేదు, ఎక్కువ శక్తిని ఉత్పత్తి చేయకుండా కణాలు వేగంగా కొనసాగగలవా?” పాఠక్ అన్నారు. “ఇది బహుశా పర్యావరణంపై ఆధారపడి ఉంటుందని మేము గ్రహించాము. రైల్‌రోడ్ ట్రాక్‌ల వంటి సమలేఖనం చేయబడిన ఫైబర్‌లపై అవి వేగంగా ఉంటాయని మేము భావించాము, కానీ ఆశ్చర్యకరమైన విషయం ఏమిటంటే అవి తక్కువ శక్తులను ఉత్పత్తి చేస్తున్నాయి మరియు ఇంకా వేగంగా వెళ్తున్నాయి.”
పాఠక్ ల్యాబ్‌లో 2022లో మెక్‌కెల్వీ ఇంజనీరింగ్ నుండి మెకానికల్ ఇంజనీరింగ్‌లో డాక్టరేట్ సంపాదించిన అమృత్ బాగ్చి, ఇప్పుడు పెన్సిల్వేనియా విశ్వవిద్యాలయంలోని సెంటర్ ఫర్ ఇంజనీరింగ్ మెకానోబయాలజీలో పోస్ట్‌డాక్టోరల్ పరిశోధకుడిగా ఉన్నారు. COVID-19 మహమ్మారి సమయంలో చాలా నెలలుగా శక్తి, పర్యావరణ మరియు రసాయన ఇంజనీరింగ్ అసోసియేట్ ప్రొఫెసర్ మార్కస్ ఫోస్టన్ యొక్క ప్రయోగశాలలో బాగ్చి మృదువైన హైడ్రోజెల్‌ను సృష్టించాడు, ఆపై కణాలను ఉంచడానికి ముందు స్కూల్ ఆఫ్ మెడిసిన్‌లో ప్రత్యేక అయస్కాంతాన్ని ఉపయోగించి ఫైబర్‌లను సమలేఖనం చేశాడు. అది వారి కదలికలను ట్రాక్ చేయడానికి.
బాగ్చి ఒక బహుళ-లేయర్డ్ మోటార్-క్లచ్ మోడల్‌ను అభివృద్ధి చేసింది, దీనిలో కణాలలోని శక్తి-ఉత్పత్తి యంత్రాంగాలు మోటారుగా పనిచేస్తాయి మరియు క్లచ్ కణాలకు ట్రాక్షన్‌ను అందిస్తుంది. బాగ్చి మూడు పొరలను ఉపయోగించి సామూహిక కణాల కోసం మోడల్‌ను నైపుణ్యంగా మార్చారు — ఒకటి కణాల కోసం, ఒకటి కొల్లాజెన్ ఫైబర్‌ల కోసం మరియు మరొకటి కింద ఉన్న కస్టమ్ జెల్ కోసం — ఇవన్నీ ఒకదానితో ఒకటి సంభాషించాయి.
“ప్రయోగాత్మక ఫలితాలు మొదట్లో మమ్మల్ని ఆశ్చర్యపరిచినప్పటికీ, ఈ ప్రతికూల ప్రవర్తన వెనుక ఉన్న భౌతిక శాస్త్రాన్ని వివరించడానికి సైద్ధాంతిక నమూనాను అభివృద్ధి చేయడానికి వారు ప్రేరణను అందించారు” అని బాగ్చి చెప్పారు. “కాలక్రమేణా, కణాలు యాదృచ్ఛిక ఫైబర్ స్థితి నుండి గణనీయంగా భిన్నంగా ఉండే విధంగా ఘర్షణ శక్తులను అనుభవించడానికి ప్రాక్సీగా సమలేఖనం చేయబడిన ఫైబర్‌లను ఉపయోగిస్తాయని మేము అర్థం చేసుకున్నాము. మా మోడల్ యొక్క మ్యాట్రిక్స్ మెకనోసెన్సింగ్ మరియు ట్రాన్స్‌మిషన్ భావన ఇతర ప్రసిద్ధ సామూహిక వలస ప్రవర్తనలను కూడా అంచనా వేస్తుంది, హాప్టోటాక్సిస్ మరియు డ్యూరోటాక్సిస్ వంటివి, శాస్త్రవేత్తలు అన్వేషించడానికి మరియు ఇతర వాటికి విస్తరించడానికి ఏకీకృత ఫ్రేమ్‌వర్క్‌ను అందిస్తాయి ఆసక్తికరమైన సెల్ మైగ్రేషన్ ఫినోటైప్స్.”
