SEL YANG MEMBELAH MENJAGA PUSARAN TETAP SEMPURNA

Sel-sel dalam selembar jaringan — sebuah epitel — jarang diam. Mereka merayap bersama dalam semburan dan pusaran. Aliran kolektif ini penting bagi penyembuhan luka, pembentukan jaringan dan organ, serta penyebaran kanker.

Sebuah pola mengejutkan tersembunyi dalam aliran ini. Gambarlah garis yang memisahkan wilayah yang berputar searah jarum jam dari wilayah yang berputar berlawanan arah jarum jam. Dalam penelitian sebelumnya, yang terbit di Nature Physics pada 2025, fisikawan menemukan bahwa pada lapisan sel dan koloni bakteri, garis-garis ini mematuhi invariansi konformal: statistiknya tetap sama ketika garis itu digeser, diputar, atau diperbesar dan diperkecil. Garis-garis itu bahkan cocok dengan satu kelas bentuk matematis yang tepat dan dikenal dalam fisika, yaitu perkolasi kritis.

Ini aneh bagi materi hidup, yang terus-menerus membakar energi dan jauh dari kesetimbangan. Tianxiang Ma, Amin Doostmohammadi, dan rekan-rekan di Institut Niels Bohr di Kopenhagen, bersama seorang rekan penulis di Lisbon, bertanya apa yang menjaga geometri ini tetap di tempatnya — dan apa yang merusaknya.

Satu angka untuk sebuah bentuk

Untuk menguji geometri itu, tim menggunakan alat yang disebut evolusi Schramm–Loewner (SLE). Alat ini mengubah setiap garis berliku menjadi proses acak yang dijelaskan oleh satu angka, κ (kappa). Untuk perkolasi kritis, κ = 6. Dua pemeriksaan independen — peluang sebuah garis melintas di sebelah kiri titik tertentu, dan seberapa cepat suatu besaran terkait menyebar — memberikan perkiraan κ untuk setiap eksperimen.

Mereka merekam lapisan konfluen sel MDCK, galur standar sel ginjal anjing, dan mengukur gerakannya di bawah mikroskop.

Hentikan pembelahan, geometri pun hilang

Pada lapisan yang tidak diberi perlakuan, batas-batas pusaran hampir sempurna cocok dengan teori: κ = 6,002 ± 0,155.

Tim kemudian menghambat pembelahan sel dengan mitomisin C, obat yang menghentikan penyalinan DNA. Sel-sel tetap bergerak; semburan dan pusaran tetap ada, dengan statistik keseluruhan yang sama. Namun geometri tersembunyinya berubah: κ naik menjadi 8,18 ± 0,29, berbeda secara signifikan dari 6. Garis-garis itu juga kehilangan invariansi skalanya dan menjadi “multifraktal” — kekasarannya kini bergantung pada cara pengukurannya.

Obat kedua yang mencegah pembelahan melalui mekanisme berbeda, nokodazol, yang membongkar perancah internal yang dibutuhkan sel untuk membelah, menghasilkan keruntuhan yang sama.

Sebagai kontrol, mereka justru menghambat kematian sel, menggunakan inhibitor bernama Q-VD-OPh, sementara pembelahan berlangsung normal. Semua ciri geometri universal itu bertahan. Yang penting adalah pembelahan, bukan pergantian sel secara umum.

Jaringan yang masih bisa bertukar posisi

Mengapa? Dengan mitomisin, aliran menjadi sedikit timpang, yang dengan sendirinya merusak simetri rotasi. Namun nokodazol tidak menimbulkan hal itu, sehingga para penulis mencari penjelasan yang lebih umum dan menemukannya pada pertukaran tetangga: dengan obat mana pun, sel jauh lebih jarang bertukar tetangga, dan jaringan mengendur lebih lambat. Jaringan tetap bergerak, tetapi jejaring kontak antarselnya menjadi terlalu terkekang.

Sebuah model komputer jaringan, tempat sel digambarkan sebagai poligon dan proporsi sel yang membelah dapat diatur dari 0 hingga 100%, mereproduksi seluruh cerita itu:

• jika semua sel membelah, batas-batas pusaran cocok dengan κ = 6;
• di bawah sekitar 50% sel yang membelah, geometrinya runtuh;
• makin banyak pembelahan membuat jaringan simulasi lebih lunak, dengan kekakuan lebih rendah dan biaya energi lebih kecil bagi sel untuk bertukar tempat;
• membuang sel tanpa pembelahan tidak memulihkan pola itu.

Pembaruan sebagai peran fisik

Para penulis menyimpulkan bahwa pembelahan bertindak sebagai “pembaruan topologis” yang terputus-putus, yang menjaga jejaring sel cukup lentur untuk menata ulang dirinya di semua skala. Selain perannya dalam pertumbuhan, pembelahan sel dengan demikian merupakan pengatur struktural dan mekanis bagi cara jaringan mengorganisasi dirinya.

Mereka menambahkan bahwa obat yang menghentikan proliferasi sel, yang digunakan melawan kanker dan dalam kedokteran kardiovaskular, bisa berdampak tak terduga pada cara jaringan bergerak — sebuah dugaan yang tidak diuji secara langsung oleh studi ini, yang dilakukan pada sel anjing hasil kultur dan simulasi. Karya ini diterbitkan di Proceedings of the National Academy of Sciences, menurut rujukan yang diberikan para penulis di arXiv.