Растягивая клетки, чтобы больше о них узнать
Инструмент, разработанный в EPFL, может растягивать и сжимать клетки, имитируя то, что происходит в организме. Цель: изучить роль этих механических сил в случаях рака или лимфатических заболеваний.
В человеческом теле постоянно действуют сложные механические силы, деформирующие наши клетки. Например, в стенках кровеносных сосудов клетки растягиваются примерно раз в секунду под действием пульсирующего кровотока.
Важность этих механических сил только начинает осознаваться. Они влияют на ряд ключевых биологических функций клеток, таких как пролиферация и экспрессия генов, и могут играть роль в развитии сердечно-сосудистых заболеваний и некоторых видов рака.
Для изучения этого явления исследователи EPFL и биологи из Университета Лозанны (UNIL) разработали гибкую и прозрачную платформу, которую можно вставить в микроскоп и которая воспроизводит периодическое растяжение и сжатие клеток. Благодаря этому инструменту можно наблюдать in vitro, как клетки реагируют на эти механические силы, в реальном времени и с высоким разрешением. Работа опубликована в Lab on a Chip.
«Биохимическая сигнализация, то есть то, как клетки реагируют на контакт с гормоном, фактором роста или лекарством, уже глубоко изучена, — говорит биолог, профессор UNIL и соавтор исследования Татьяна Петрова. — Но мы мало знаем о влиянии механических сил. Мы сможем использовать эту платформу для проведения широкого спектра тестов».
Мини-тренажерный зал для клеток
Принцип работы: клетки культивируют на мягкой силиконовой мембране, оснащенной двумя гибкими электродами. Приложение напряжения между электродами заставляет мембрану растягиваться, деформируя клетки на её поверхности. «Это как модный тренажерный зал для клеток», — шутит профессор EPFL Герберт Шиа, участвовавший в исследовании. Он добавляет: «Существующие инструменты построены на громоздкой, сложной системе насосов и не позволяют проводить непрерывную съемку клеток в высоком разрешении».
Ведущий автор исследования Александр Пулен говорит: «Помимо преодоления этих препятствий, наша платформа позволяет нам точно выбирать зоны, в которых применяется растяжение, и мы можем быстро и точно регулировать интенсивность воздействия. Возможности безграничны».
Понимание лимфатических заболеваний
Пока прототип был протестирован на эндотелиальных клетках лимфатических сосудов. В организме эти клетки постоянно подвергаются растяжению под действием потока лимфатической жидкости (лимфы). Одна из функций сосудов — удаление воды из тканей. Считается, что при лимфатических заболеваниях (например, синдроме лимфедемы-дистихиаза) клетки неправильно реагируют на механические воздействия и выделяют часть лимфы в организм, вызывая отек конечностей у пациента. «Платформа поможет нам не только понять, что происходит, но и протестировать различные препараты, предназначенные для лечения этой проблемы», — говорит Петрова.
В будущем этот инструмент можно будет использовать для проведения гораздо большего количества тестов. «Механические сигналы определенно участвуют в развитии некоторых из самых смертоносных заболеваний в мире, включая рак, — говорит биолог. — Еще многое предстоит проверить».