Среда, 21 февраля, 2024
ДомойБиология«Высокотехнологичные» материалы из природы — исследователи обнаружили удивительные свойства цитоскелета

«Высокотехнологичные» материалы из природы — исследователи обнаружили удивительные свойства цитоскелета

- Advertisement -

Микроскопические изображения биологических клеток: вверху справа (зеленый цвет) – виментиновые промежуточные филаменты в фибробластах; внизу слева (красный) – кератиновые промежуточные филаменты в эпителиальных клетках. Масштаб: 10 мкм. Фото: вверху справа (зеленый): Ульрике Рёллеке. внизу слева (красный): Рут Мейер

Исследователи Геттингенского университета обнаруживают удивительные свойства цитоскелета.

Большинство биологических клеток имеют фиксированное место в организме. Однако бывают случаи, когда эти клетки приобретают подвижность, что позволяет им перемещаться по телу. Такие явления наблюдаются во время таких процессов, как заживление ран, или когда раковые клетки делятся без разбора и распространяются по всему телу. Характеристики подвижных и стационарных клеток обнаруживают несколько различий, одним из заметных из которых является структура их цитоскелета.

Такая структура белковых нитей делает клетки стабильными, растяжимыми и устойчивыми к внешним воздействиям. В этом контексте важную роль играют «промежуточные филаменты». Интересно, что в подвижных и стационарных клетках обнаруживаются два разных типа промежуточных филаментов. Исследователям из Геттингенского университета и Швейцарской высшей технической школы Цюриха удалось точно измерить и описать механические свойства двух нитей. В процессе они обнаружили параллели с небиологическими материалами. Результаты опубликованы в журнале Иметь значение.

Ученые использовали оптический пинцет, чтобы исследовать, как нити ведут себя под напряжением. Они прикрепили концы нитей к крошечным пластиковым шарикам, которые затем двигали контролируемым образом с помощью лазерного луча. Это растянуло два разных типа нитей, известных как виментин и кератин. Исследователи выяснили, какие силы необходимы для растяжения и как ведут себя разные нити, когда их растягивали несколько раз.

Удивительно, но два разных филамента ведут себя по-разному при многократном растяжении: виментиновые филаменты становятся мягче и сохраняют свою длину, кератиновые филаменты становятся длиннее и сохраняют свою жесткость.

Экспериментальные результаты соответствуют компьютерному моделированию молекулярных взаимодействий: исследователи предполагают, что в виментиновых филаментах открываются структуры, подобные гелю, состоящему из нескольких компонентов; в кератиновых нитях они предполагают сдвиг структур относительно друг друга, как в металлах. Оба механизма объясняют, что сети промежуточных филаментов в цитоскелете могут очень сильно деформироваться, не повреждаясь. Однако этот защитный фактор объясняется принципиально иными физическими принципами.

«Эти результаты расширяют наше понимание того, почему разные типы клеток имеют такие разные механические свойства», — объясняет доктор Шарлотта Лоренц, первый автор исследования. Профессор Сара Кестер из Института рентгеновской физики Геттингенского университета и руководитель исследования добавляет: «Мы можем учиться у природы и думать о разработке новых, устойчивых и трансформируемых материалов, свойства которых можно выбрать или разработать в точном соответствии с требованиями».

Ссылка: «Механика кератиновых нитей и рассеивание энергии определяются металлоподобной пластичностью», Шарлотта Лоренц, Джоанна Форстинг, Роберт В. Стайл, Стефан Клумпп и Сара Кестер, 22 мая 2023 г., Иметь значение.
DOI: 10.1016/j.matt.2023.04.014

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме