Ядра-антиподушки? Стволовые клетки демонстрируют необычное поглощающее свойство

Стволовые клетки — «мастер-клетки» организма — демонстрируют странное свойство, ранее никогда не наблюдавшееся на клеточном уровне, согласно исследованию учёных Кембриджского университета. Это свойство — ауксетичность — может найти применение в таких разных областях, как звукоизоляция, создание суперабсорбирующих губок и бронежилетов.

Большинство материалов при растяжении сжимаются. Например, если потянуть за резинку, сама резинка станет тоньше. Верно и обратное: сожмите материал, и он расширится — например, если сжать теннисный мяч между ладонями, его окружность увеличится. Однако материаловеды начали изучать ауксетичность — необычное свойство, дающее противоположный эффект: сожмите его, и оно сожмётся, растяните — и оно расширится. Это делает ауксетичные материалы отличными поглотителями ударов или губками, что исследуется для различных применений.

До сих пор ауксетичность демонстрировали только искусственные материалы и очень редко в природе, например, у некоторых видов губок. Но сегодня в статье, опубликованной в журнале Nature Materials, команда кембриджских исследователей, включая биологов, инженеров и физиков, сообщает об наблюдении ауксетичности в ядрах эмбриональных стволовых клеток — мастер-клеток организма, способных превращаться в любой другой тип клеток.

Доктор Кевин Шалю из Кембриджского института стволовых клеток Wellcome Trust-MRC, руководивший исследованием, говорит: «Это довольно странное и совершенно неожиданное открытие. Когда стволовая клетка находится в процессе превращения в определённый тип клетки, её ядро приобретает ауксетичные свойства, позволяя ему "впитывать" необходимые материалы из окружающей среды. Насколько мне известно, это свойство ранее не наблюдалось на клеточном уровне и крайне необычно для природного мира».

Ауксетичные свойства проявляются в ядре стволовой клетки только на переходной стадии, когда она меняется из эмбриональной, неспециализированной стволовой клетки в дифференцированную, тканеспецифическую клетку, например, клетку сердечной ткани. Доктор Шалю и коллеги обработали цитоплазму переходной клетки, жидкость, окружающую ядро, цветным красителем и обнаружили, что при растяжении ядро поглощало краситель, что указывало на его расширение и пористость. Возможно, оно делает это, чтобы поглощать молекулы из цитоплазмы или окружающей среды, которые помогут клетке дифференцироваться.

Ауксетичные материалы представляют большой интерес для материаловедов и инженеров, и это новое открытие может дать ключи к различным методам их производства. Подавляющее большинство известных ауксетичных материалов высокоупорядочены, например, ауксетичная сотовая структура. Однако известны и примеры неупорядоченных ауксетичных материалов — например, если потянуть за оба конца смятого бумажного шарика, окружность шарика увеличивается. Ядро переходной стволовой клетки также неупорядочено.

«Очевидно, нам есть чему поучиться у природы, — добавляет доктор Шалю. — Мы уже видим, как ауксетичность исследуется из-за её суперабсорбирующих свойств, но, несмотря на большие технологические усилия, ауксетичные материалы по-прежнему редки, и нам ещё многое предстоит о них узнать, чтобы производить их лучше. Чтобы преодолеть это, материаловеды могут сделать то, что стало де-факто в их дисциплине: они могут учиться у природы. Изучение того, как ауксетичность развивалась в природе, направит исследования на новые способы производства ауксетичных материалов, которые могут найти множество различных применений в нашей повседневной жизни».