Badania nad lepkością komórek pogłębiają wiedzę o nowotworach
Finansowani ze środków unijnych naukowcy z Niemiec i Polski dokonali przełomowego odkrycia dotyczącego lepkości cytoplazmy komórek, które pozwoli pogłębić naszą wiedzę o cytoplazmie komórek nowotworowych. Zespół pracujący pod kierunkiem naukowców z Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (IChF PAN) uzyskał częściowe wsparcie z grantu "innowacyjna gospodarka" Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego (EFRR). Lepkość to miara oporu lub gęstości płynu. Im mniejsza lepkość płynu, tym większa płynność lub łatwość poruszania się w nim. Woda na przykład ma niską lepkość, podczas gdy miód, który jest gęstszy i bardziej brejowaty, ma wyższą lepkość. Jako pierwszy lepkością płynów złożonych zajął się w 1906 r. Albert Einstein i od tamtego czasu przeprowadzono wiele badań nad lepkością cytoplazmy komórek. Na przestrzeni lat zgromadzono korpus danych wskazujący, że mimo wysokiej lepkości cytoplazmy (ograniczającej teoretycznie swobodę poruszania się w cytoplazmie), zdolność poruszania się małych białek w cytoplazmie jest tak naprawdę bardzo duża - kilka rzędów wielkości wyższa od wskazywanej przez wzór Einsteina. W artykule opublikowanym w czasopiśmie Nano Letters zespół analizuje, jak cząsteczki małych białek niemal nie doświadczają lepkości cytoplazmy przy poruszaniu się w komórce. Naukowcy opisują zmiany zachodzące w lepkości mierzonej w różnych roztworach i odczuwanej przez próbniki o rozmiarach w skalach od nano do makro. "Udoskonaliliśmy nasze wcześniejsze wzory i twierdzenia i z powodzeniem zastosowaliśmy je do większej liczby układów, w tym po raz pierwszy do opisu lepkości cytoplazmy w komórkach rakowych" - mówi profesor dr hab. Robert Hołyst z IChF PAN. Zespołowi udało się opisać zmiany lepkości za pomocą jednego wzoru fenomenologicznego, obejmującego współczynniki tej samej natury fizycznej. Współczynniki uwzględniają opis zarówno ośrodka płynnego (wypełnionego na przykład siecią polimerów o długim łańcuchu lub zlepkami cząsteczek), jak i rodzaj poruszającego się w nim próbnika (np. cząsteczkę białka). Nowy wzór można stosować dla próbników o rozmiarach od ułamków nanometrów do kilku centymetrów. Odkryte zależności zasadniczo sprawdzały się dla różnych typów płynów, w tym roztworów o elastycznej strukturze mikroskopowej (np. sieci polimerowe w różnych rozpuszczalnikach) i układów mikroskopowo sztywnych (np. zbudowanych z wydłużonych agregatów cząsteczek - miceli). Zespół zastosował również ten nowy wzór do opisu ruchu fragmentów DNA i innych próbników w komórkach mięśniowych myszy i komórkach nowotworowych człowieka. "Udało się nam wykazać, że lepkość płynu w komórce rzeczywiście zależy nie tylko od struktury wewnątrzkomórkowej, ale także od rozmiaru próbnika użytego przy pomiarze" - mówi doktorant Tomasz Kalwarczyk z IChF PAN. "Dzięki naszym badaniom pojawiła się nowa metoda charakteryzowania struktury komórek - za pomocą pomiarów lepkości ich cytoplazmy." Konsekwencje tych badań są dalekosiężne. Naukowcy mogą obecnie lepiej szacować czas migrowania leków wprowadzanych do komórek, a tę wiedzę można również wykorzystać w nanotechnologiach, na przykład przy wytwarzaniu nanocząstek za pomocą roztworów micel. Wyniki badań będą też mieć istotne znaczenie dla zaawansowanych metod pomiarowych, takich jak dynamiczne rozpraszanie światła, które umożliwia analizę zawiesiny cząsteczek pod kątem rozmiarów tychże cząsteczek.Więcej informacji: Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk: http://www.ichf.edu.pl/index.html(odnośnik otworzy się w nowym oknie)
Kraje
Niemcy, Polska