Гийом Шарра — Прочность на разрыв монослоев живых клеток

Этот доклад был частью тематической программы «Неравновесные процессы в физике и биологии», проходившей в ESI с 19 августа по 11 октября 2024 года. Способность тканей выдерживать механическое напряжение и избегать разрыва является фундаментальной основой их функционирования. Разрыв в ответ на физиологические уровни напряжения может быть нежелательным, например, в результате заболевания или генетических мутаций, или быть неотъемлемой частью процессов развития, таких как формирование бластоцеля у мышей или выворачивание конечностей у мух. Несмотря на свою важность, мы очень мало знаем о разрыве в клеточных тканях, поскольку это многомасштабное явление, требующее понимания взаимодействия между механическими силами и биологическими процессами на молекулярном и клеточном уровнях. Используя комбинацию механических измерений, прижизненной визуализации и компьютерного моделирования, мы характеризуем разрыв в эпителиальных монослоях. Мы показываем, что, несмотря на то, что монослои состоят всего из одного слоя клеток, они способны выдерживать удивительно большие деформации, часто увеличивая свою длину в несколько раз до разрыва. При больших деформациях эпителий многократно увеличивает свою жесткость в процессе, контролируемом надклеточной сетью кератиновых филаментов. Нарушение организации кератина делало монослои хрупкими и препятствовало увеличению жесткости при деформации. Используя вычислительные методы, мы показываем, что, хотя кинетика разрыва адгезивной связи в конечном итоге контролирует прочность ткани, реология ткани и история деформации до разрушения определяют деформацию и напряжение, которых достигает ткань в начале разрушения. Наши данные рисуют картину эпителия как универсального материала, сочетающего в себе устойчивость к ударам с деформируемостью при низких скоростях деформации.