Форма имеет значение: как клетки «проглатывают» частицы
Учёные выяснили, что форма частиц и бактерий влияет на то, насколько легко клетки могут их поглотить в процессе, называемом эндоцитозом (engulfment). Этот процесс жизненно важен: одноклеточные организмы используют его для питания, а у человека белые кровяные тельца (лейкоциты) поглощают вредные бактерии и другие чужеродные объекты, формируя первую линию защиты иммунной системы.
Исследователи из Университета Экзетера и Имперского колледжа Лондона создали упрощённую модель, чтобы изучить, как базовая форма объекта влияет на эффективность его поглощения клеткой. Ранее модели рассматривали частицу только как простую сферу, что не отражает разнообразия форм в природе.
Ключевые выводы модели:
- Самые «лёгкие» для поглощения формы — стержневидные и овальные, но только если клетка приближается к ним с торца. При подходе сбоку они становятся более «неудобными».
- Самые «трудные» формы — напоминающие песочные часы (hourglass-types). Такая форма может возникнуть, например, когда бактерия делится в процессе поглощения. Эти объекты «застревают» и не поглощаются полностью.
Значение исследования:
- Дизайн лекарств: Результаты помогут оптимизировать форму наночастиц-носителей лекарств, чтобы они эффективнее захватывались целевыми клетками и не уничтожались иммунной системой.
- Понимание инфекций: Работа объясняет, почему форма некоторых бактерий может быть частью их защитного механизма, позволяя им избегать уничтожения иммунными клетками.
Как устроена модель:
Модель объединяет два ключевых элемента:
- Математическую модель расширяющейся мембраны клетки, которая напоминает модели замерзания воды (математически известную как сверхохлаждённая проблема Стефана).
- Учёт активного клеточного процесса: когда в организм попадает вредный объект, иммунная система выделяет сигнальные молекулы, которые направляют изгиб мембраны вокруг формы частицы.
Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. В будущем команда планирует расширить модель для работы с реальными бактериями и инженерными частицами с различными свойствами.