Крошечные устройства слежения дают беспрецедентный взгляд на то, как клетки меняются со временем

Крошечные устройства слежения дают беспрецедентный взгляд на то, как клетки меняются со временем

27 2020

Впервые ученые внедрили мельчайшие устройства слежения непосредственно внутри клеток млекопитающих, давая беспрецедентный взгляд на процессы, которые управляют началом развития.

Эта работа над одноклеточными эмбрионами призвана изменить наше понимание механизмов, лежащих в основе клеточного поведения в целом, и в конечном итоге может дать представление о том, что идет не так в старении и болезнях.

Исследование, проведенное профессором Тони Перри с кафедры биологии и биохимии в Университете Бата, включало введение наноустройства на основе кремния вместе со спермой в яйцеклетку мыши. В результате получилось здоровое оплодотворенное яйцо, содержащее следящее устройство.

Крошечные устройства немного похожи на пауков, в комплекте с восемью очень гибкими «ножками». Ноги измеряют силы «вытягивания и толкания», действующие во внутренней части клетки, с очень высокой степенью точности, тем самым выявляя действующие клеточные силы и показывая, как внутриклеточное вещество перестраивается со временем.

Наноустройства невероятно тонкие – похожи на некоторые структурные компоненты клетки и имеют размеры 22 нанометра, что делает их примерно в 100 000 раз тоньше монеты фунта. Это означает, что у них есть гибкость, чтобы регистрировать движение цитоплазмы клетки, поскольку одноклеточный эмбрион начинает свой путь к становлению двухклеточным эмбрионом.

«Это первый проблеск физики любой клетки такого масштаба изнутри», – сказал профессор Перри. «Это первый раз, когда кто-то видел изнутри, как клеточный материал перемещается и организуется».

Зачем исследовать механическое поведение клетки-

Деятельность внутри клетки определяет, как эта клетка функционирует, объясняет профессор Перри. «Поведение внутриклеточного вещества, вероятно, так же влияет на поведение клеток, как и экспрессия генов», – сказал он . До сих пор, однако, этот сложный танец клеточного материала оставался в основном неизученным. В результате ученые смогли идентифицировать элементы, которые составляют клетку, но не то, как внутреннее пространство клетки ведет себя в целом.

«Из исследований в области биологии и эмбриологии мы знаем об определенных молекулах и клеточных явлениях, и мы сплели эту информацию в редукционистский рассказ о том, как все работает, но теперь этот рассказ меняется», сказал Профессор Перри. Повествование было написано в основном биологами, которые принесли с собой вопросы и инструменты биологии. Чего не хватало, так это физики. Физика спрашивает о силах, управляющих поведением клетки, и предлагает нисходящий подход к поиску ответа.

«Теперь мы можем взглянуть на ячейку в целом, а не только на гайки и болты, из которых она состоит».

Мышиные эмбрионы были выбраны для исследования из-за их относительно большого размера (их диаметр составляет 100 микрон или 100 миллионных долей метра по сравнению с обычной клеткой, диаметр которой составляет всего 10 микрон [10-millionths of a metre]). Это означало, что внутри каждого эмбриона было место для устройства слежения.

Исследователи сделали свои измерения, изучая видеозаписи, сделанные через микроскоп при развитии эмбриона. «Иногда устройства были разбиты и скручены силами, которые были даже сильнее, чем внутри мышечных клеток» сказал профессор Перри. «В других случаях устройства двигались очень мало, показывая, что внутренняя часть клетки стала спокойной. В этих процессах не было ничего случайного – с момента, когда у вас есть одноклеточный эмбрион, все делается предсказуемым образом. Физика программируется». . "

Полученные результаты добавляют к формирующейся картине биологии, которая предполагает, что материал внутри живой клетки не является статичным, а вместо этого изменяет свои свойства заранее определенным образом, когда клетка выполняет свою функцию или реагирует на окружающую среду. Работа может однажды повлиять на наше понимание того, как клетки стареют или перестают работать так, как должны, что и происходит при болезни.

Исследование опубликовано на этой неделе в Nature Materials и включает междисциплинарное партнерство между биологами, материаловедами и физиками из Великобритании, Испании и США.

Источник: https://www.bath.ac.uk/

Source link