Исследование вязкости клеток улучшает понимание раковых клеток

Исследователи из Германии и Польши при поддержке ЕС сделали важные открытия о вязкости цитоплазмы клеток, что может углубить знания о цитоплазме раковых клеток.

Команду возглавляли учёные из Института физической химии Польской академии наук (IPC PAS). Исследование частично поддержано грантом «Инновационная экономика» из Европейского фонда регионального развития (ERDF).

Вязкость — это мера сопротивления или густоты жидкости. Чем меньше вязкость, тем выше текучесть. Например, вода имеет низкую вязкость, а мёд — высокую.

Альберт Эйнштейн впервые рассмотрел вязкость сложных жидкостей в 1906 году. С тех пор было проведено много исследований вязкости цитоплазмы. Накопились данные, указывающие, что, несмотря на высокую вязкость цитоплазмы, подвижность малых белков в ней очень высока — на несколько порядков выше, чем предсказывает формула Эйнштейна.

В исследовании, опубликованном в журнале Nano Letters, команда изучила, как малые белковые молекулы почти не ощущают эту вязкость при движении в клетке. Они описали изменения вязкости, измеренные в различных растворах и ощущаемые зондами размером от нано- до макромасштаба.

«Мы улучшили наши ранние формулы и выводы, чтобы успешно применить их к большему числу систем, включая первое описание вязкости цитоплазмы в раковых клетках», — комментирует профессор Роберт Холист из IPC PAS.

Команде удалось описать изменения вязкости с помощью одной феноменологической формулы, содержащей коэффициенты одинаковой физической природы. Коэффициенты описывают как жидкую среду (например, заполненную сетью длинноцепочечных полимеров или кластерами молекул), так и тип движущегося в ней зонда (например, белковой молекулы).

Новая формула может применяться для зондов размером от доли нанометра до нескольких сантиметров.

Обнаруженные зависимости оказались справедливы для различных типов жидкостей, включая растворы с эластичной микроструктурой (например, полимерные сети) и микроскопически жёсткие системы (например, состоящие из удлинённых агрегатов молекул — мицелл).

Команда также применила эти формулы для описания подвижности фрагментов ДНК и других зондов в мышечных клетках мыши и человеческих раковых клетках.

«Нам удалось показать, что вязкость жидкости в клетке зависит не только от внутриклеточной структуры, но и от размера зонда, используемого для измерения вязкости, — говорит аспирант IPC PAS Томаш Кальварчик. — Наше исследование привело к новому методу характеристики клеточной структуры — путём измерения вязкости цитоплазмы».

Последствия этого исследования широки. Учёные теперь могут лучше оценивать время миграции лекарств, введённых в клетки. Эти знания также можно применять в нанотехнологиях, например, при изготовлении наночастиц с мицеллярными растворами.

Результаты исследования повлияют и на передовые методы измерений, такие как динамическое светорассеяние, которое позволяет анализировать суспензии молекул по размеру.