Автор AZoNano 21 октября 2020 г.

Впервые ученые внедрили крохотные устройства слежения непосредственно внутрь клеток млекопитающих, дав беспрецедентную возможность заглянуть в процессы, управляющие началом развития.

Эта работа с одноклеточными эмбрионами призвана изменить наше понимание механизмов, которые лежат в основе клеточного поведения в целом, и в конечном итоге может дать понимание того, что идет не так при старении и болезнях.

Исследование, проведенное профессором Тони Перри с факультета биологии и биохимии Университета Бата в Великобритании, включало введение кремниевого наноустройства вместе со спермой в яйцеклетку мыши. В результате получилось здоровое оплодотворенное яйцо, содержащее устройство слежения.

Крошечные устройства немного похожи на пауков, укомплектованных восемью очень гибкими «ногами». Ноги измеряют «тянущие и толкающие» силы, действующие внутри клетки, с очень высокой точностью, тем самым выявляя действующие клеточные силы и показывая, как внутриклеточная материя перестраивается с течением времени.

Наноустройства невероятно тонкие – они похожи на некоторые структурные компоненты клетки, и имеют размер 22 нанометра, что делает их примерно в 100 000 раз тоньше, чем монета фунта. Это означает, что у них есть возможность регистрировать движение цитоплазмы клетки, когда одноклеточный эмбрион отправляется в путь, чтобы стать двухклеточным эмбрионом.

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

Зачем исследовать механическое поведение клетки-

Активность 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 . Однако до сих пор этот сложный танец клеточного материала оставался практически неизученным. В результате ученые смогли идентифицировать элементы, из которых состоит клетка, но не то, как внутренняя часть клетки ведет себя в целом.

«Из исследований в области биологии и эмбриологии мы знаем об определенных молекулах и клеточных явлениях, и мы вплели эту информацию в редукционистское повествование о том, как все работает, но теперь это повествование меняется, », – сказал Профессор Перри. Повествование было написано в основном биологами, которые принесли с собой вопросы и инструменты биологии. Не хватало только физики. Физика спрашивает о силах, управляющих поведением клетки, и предлагает подход к поиску ответа сверху вниз.

«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 размер составляет 100 микрон, или 100 миллионных долей метра, по сравнению с обычными клетками, диаметр которых составляет всего 10 микрон [10-millionths of a metre]). Это означало, что внутри каждого эмбриона было место для устройства слежения.

Исследователи провели свои измерения, изучив видеозаписи, сделанные с помощью микроскопа по мере развития эмбрионов. «Иногда устройства наклонялись и крутились под действием сил, которые были даже больше, чем те, что находятся внутри мышечных клеток», – сказал профессор Перри . «В других случаях устройства двигались очень мало, показывая, что внутри клетки стало спокойно. В этих процессах не было ничего случайного – с момента появления одноклеточного эмбриона все происходит предсказуемым образом. физика запрограммирована ».

Результаты дополняют формирующуюся картину биологии, которая предполагает, что материал внутри живой клетки не статичен, а вместо этого меняет свои свойства заранее заданным образом, когда клетка выполняет свою функцию или реагирует на окружающую среду. Однажды эта работа может иметь значение для нашего понимания того, как клетки стареют или перестают работать должным образом, что 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.

Исследование опубликовано на этой неделе в Nature Materials и включает междисциплинарное партнерство между эмбриологами из Бата и США под руководством профессора Перри, а также материаловедов и физиков под руководством профессора Хосе Антонио Плаза в Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM) в Испании.

Ссылка на статью: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32451513/

Короткометражный фильм: https://vimeo.com/421576734 Первые несколько часов жизни 5 эмбрионов мыши, содержащих наноустройства. Пять эмбрионов мыши, каждый из которых содержит наноустройство длиной 22 миллионных метра. Фильм начинается, когда эмбрионам исполняется 2 часа, и продолжается 5 часов. Каждый эмбрион составляет около 100 миллионных метра в диаметре.

Источник: http://www.bath.ac.uk/