Qué materia activa, como conjuntos de células bacterianas o epiteliales, logra expandirse en espacios estrechos depende en gran medida de su dinámica de crecimiento, como demuestran los físicos de LMU en un estudio recientemente publicado.

Formas biológicas de materia activa, como biopelículas bacterianas o láminas de células epiteliales, se encuentran a menudo en microespacios confinados. Descubrir cómo estos sistemas colonizan su entorno y amplían su alcance invadiendo nuevos territorios mejorará nuestra comprensión de muchas de las funciones normales y estados de enfermedad observados en organismos superiores. En cooperación con el Dr. Amin Doostmohammadi (Universidad de Oxford), Los físicos de LMU Felix Kempf y el profesor Erwin Frey han demostrado ahora con la ayuda de simulaciones por computadora que los colectivos celulares exhiben una variedad de patrones de motilidad a medida que se acercan y atraviesan las constricciones locales. Los autores del nuevo estudio continúan demostrando que el patrón adoptado depende del nivel de motilidad activa que se desarrolla en el borde de ataque del conjunto. Los hallazgos aparecen en la revista. Materia blanda .

Varias publicaciones anteriores habían sugerido que los movimientos colectivos de la materia biológica están influenciados por la naturaleza del terreno en el que se encuentran dichos sistemas. En particular, experimentos in vitro realizados con células epiteliales y bacterianas, y con mezclas constituidas por biofilamentos intracelulares aislados y motores moleculares, han revelado que los límites espaciales tienen un impacto significativo en la motilidad. "Hasta aquí, Este tipo de investigación se ha concentrado principalmente en las interacciones entre la forma del obstáculo empleado y la actividad móvil de las partículas en cuestión. "dice Kempf, el autor principal del nuevo artículo. Sin embargo, en la mayoría de estos sistemas, el número de partículas no permanece constante. En condiciones naturales, Las células epiteliales o bacterianas se dividen a intervalos regulares y, cuando está confinado en tubos capilares, forman un frente de invasión que avanza. Por lo tanto, para comprender cómo se forman y evolucionan estos patrones, es necesario tener en cuenta la dinámica de crecimiento de estos sistemas. Kempf y sus colegas utilizaron simulaciones por computadora para explorar los efectos de este factor.

Observaron tres modos de invasión fundamentalmente distintos, que se puede distinguir sobre la base de la actividad general del sistema de cultivo y el comportamiento del frente de invasión a medida que se acerca a la constricción. Si el nivel de actividad móvil es bajo, el frente de invasión conserva su contorno suave y bien definido a medida que avanza a una velocidad constante. En niveles más altos de actividad, el borde de ataque adquiere un contorno irregular. Finalmente, una vez que el nivel de actividad supera un cierto umbral, pequeños grupos de células se desprenden del frente que avanza, que luego pueden abrirse camino a través del estrecho espacio. Las simulaciones también permitieron a los investigadores caracterizar los procesos que impulsan las transiciones observadas a medida que evoluciona el frente de invasión. y cuantificar su impacto en la velocidad con la que las células avanzaban hacia un espacio cada vez más reducido. "Estos hallazgos hacen una contribución significativa a nuestra comprensión de la materia activa, y tienen varias implicaciones que se pueden probar en experimentos futuros, "dice Kempf.