W czym komórki przypominają szkło?
Badanie ruchu pojedynczych komórek i grup komórek wykazało, że migrujące tkanki zachowują się jak koloidalne szkło.
Badanie naukowców ze Szkoły Inżynierii i Nauk Stosowanych Uniwersytetu Harvarda oraz Uniwersytetu Florydzkiego pomoże lepiej zrozumieć gojenie ran, rozwój płodu czy tworzenie przerzutów nowotworowych. W każdym z tych procesów komórki się przecież przemieszczają. Wiadomo, że dzięki przekształceniom wewnętrznego cytoszkieletu są w stanie rozszerzać się, kurczyć i dzielić. W pewnym momencie swojej podróży muszą się jednak zatrzymać. I tu powstaje pytanie; jak do tego dochodzi?
Szkła to amorficzne materiały, które są na tyle lepkie, że zachowują swoją formę, czyli są ciałami stałymi, przez pewien czas (często przyjmuje się, że przez dobę), ale w długim okresie się rozpłyną. Naukowcy podają kulinarny przykład. Podczas ubijania śmietany na masło dochodzi do zeszklenia. Rosnące zagęszczenie cząsteczek w tłuszczowej emulsji sprawia, że tworzy się ciało stałe. Podobnie jak szkło, masło zatarci swoją formę, gdy temperatura wzrośnie (dojdzie do odszklenia). W miarę jak przechłodzone ciecze i koloidy (np. śmietana) stają się coraz gęstsze, cząsteczki zaczynają się charakterystycznie poruszać.
Intensywnie badaliśmy to zjawisko. Wzięliśmy małe cząsteczki i coraz bardziej zwiększaliśmy ich zagęszczenie, aż przestawały się poruszać i stawały się szkłem – tłumaczy prof. David Weitz z Uniwersytetu Harvarda.
Żywe komórki komplikują analizowany układ, mają bowiem rozmaite kształty, rozmiary i sztywność, poza tym dzielą się i reagują na środowisko, działając na nie różnymi siłami. Zdumiało nas, że w miarę wzrostu zagęszczenia komórki przejawiały wiele cech wykazywanych w takiej sytuacji przez bierne cząsteczki. Realna różnica jakościowa jest taka, że w przypadku małych cząsteczek mamy do czynienia wyłącznie z ruchem termicznym, a komórki napędzają się same.
W ramach eksperymentu zespół Weitza umieszczał komórki nabłonka z psich nerek w poliakrylamidowym żelu zawierającym kolagen. Wzrost i przemieszczanie się komórek obserwowano pod mikroskopem. Mierzono indywidualne i kolektywne ruchy, a także zmiany w zagęszczeniu wywołane namnażaniem. Kiedy komórki tworzyły warstwę zlewną – znajdowały się na tyle blisko siebie, że się dotykały – zachowywały się jak ciecz. Po przekroczeniu pewnego progu upakowania komórki wzajemnie blokowały swoje ruchy. W wyniku tego niektóre przemieszczały się w grupach, a inne nie mogły się w ogóle ruszyć. Przypominało to przejście ze stanu ciekłego do szklistego w przypadku przechłodzonych cieczy czy koloidów.
Wyobraźmy sobie ranę, w której ze środka warstwy zlewnej usunięto dużą grupę komórek. Komórki będą migrować, by wypełnić ubytek. Nasze wyniki pokazują, że niskie zagęszczenie komórek w centrum rany odpowiada wzrostowi temperatury w centrum szkła, co powoduje przejście do stanu ciekłego w gorętszym regionie. Można powiedzieć, że rana to stopione szkło – podsumowuje Thomas E. Angelini z Uniwersytetu Florydzkiego.
Komentarze (0)