Исследовательская группа, разрабатывающая нано

21 августа 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

корректура

от Университета Тампере

Во многих случаях клетки очень активно двигаются и служат генераторами энергии. Способность клеток производить физические силы является одной из основных функций организма. Например, при беге силы, генерируемые в клетках, заставляют мышцы сокращаться и работать дыхание. С помощью датчиков силы, разработанных в прошлом, можно было измерить даже силы, испытываемые отдельными белками, но ранее невозможно было измерить внутриклеточные силы и механические напряжения.

Совместно с учеными из Университета штата Огайо исследователи клеточной биологии из Университета Тампере разработали датчик силы, который можно прикрепить к боковой стороне механически реагирующего белка, что позволяет ему воспринимать силы и воздействовать на белок внутри клетки.

Разработка микросенсора началась во время поездки на конференцию в декабре 2019 года.

«Чувствительная к силе часть похожа на резиновую ленту, которая меняет цвет при растяжении. Эта часть прикрепляется к антителам на обоих концах резиновой ленты, которые связываются с исследуемым клеточным белком-мишенью. Сила или удлинение исследуемого белка затем их можно обнаружить под микроскопом, наблюдая за удлинением резиновой ленты, то есть по цвету, который она производит», — говорит Теему Ихалайнен, старший научный сотрудник BioMediTech в Университете Тампере.

По словам Ихалайнена, датчик силы, размер которого составляет всего около двадцати нанометров, можно легко обобщить для широкого спектра исследований в области клеточной биологии и различных целевых белков. С помощью белкового биосенсора можно измерить силы, например, в ядерной мембране, между различными белками или вообще в цитоскелете клетки. Это позволяет впервые преобразовать механику клетки в видимую форму.

К этой технологии уже проявился большой интерес в различных лабораториях Японии, Индии, Норвегии и США.

Клетки постоянно подвергаются воздействию сил, как при нормальных функциях организма, так и при заболеваниях.

Например, когда раковая клетка растет и движется, на нее воздействуют механические силы. По мере распространения рака, например, когда он попадает в кровеносные или лимфатические сосуды, раковой клетке приходится протискиваться через узкие щели в своем микроокружении. Таким образом, раковые клетки подвергаются мощным сжимающим и растягивающим силам, которые могут разрушить некоторые клетки. Повреждение ядра может изменить структуру его генома, что в некоторых ситуациях может даже оказаться полезным для развития рака.

«С помощью датчиков механику рака и связанных с ним процессов можно отслеживать с совершенно новой точки зрения», — отмечает Ихалайнен.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.

Другое недавнее исследование усовершенствовало расширяющую микроскопию, объединив опыт клеточной биологии и обработки сигналов. Помимо исследователей клеточной биологии, в исследовании приняли участие специалисты по визуализации факультета инженерных и естественных наук Университета Тампере и вирусологи из Университета Ювяскюля.

Разрешение световой микроскопии ограничено, поскольку детали мелких структур в образце размыты из-за взаимодействия линзы и света. Однако различные методы микроскопии сверхвысокого разрешения позволяют различать очень мелкие детали. Одним из таких методов является так называемая расширяющая микроскопия, принцип которой заключается в физическом увеличении объекта, например клетки, и таким образом рассмотрении мельчайших объектов внутри нее. На практике образец отлит в виде мягкого геля, который можно расширить в четыре и более раз, что также увеличивает все детали образца.