Ученые научились визуализировать осмотическое давление в живых тканях

Измерение давления внутри живых клеток и тканей в физиологических условиях — сложная задача. Исследователи из Кластера передового опыта «Физика жизни» (PoL) в Техническом университете Дрездена (TU Dresden) представили в журнале Nature Communications новую методику для «визуализации» этих давлений в процессе развития организмов.

Проблема осмотического давления

Осмотическое давление возникает, когда молекулы, растворенные в воде и разделенные мембраной, создают дисбаланс, заставляющий воду перемещаться для выравнивания концентраций. Клетки используют молекулярные насосы, чтобы контролировать это давление и избегать разрушения. В тканях и органах (например, в сосудистой системе, поджелудочной железе или печени) жидкость заполняет полости (люмены), и сбой в регуляции давления может привести к их коллапсу или разрыву.

Новая методика измерения

Под руководством Отгера Кампаса ученые создали датчик давления на основе специальных капель — двойных эмульсий. Это капля воды внутри капли масла, которая пропускает воду.

• При помещении в растворы с разной концентрацией солей объем внутренней водной капли меняется до выравнивания давлений.
• Измеряя конечный размер капли, можно точно определить осмотическое давление.
• С помощью стеклянных микрокапилляров эти датчики вводили непосредственно в живые клетки и ткани.

Ключевые выводы и перспективы

• Клетки животных тканей имеют то же осмотическое давление, что и клетки растений, но, в отличие от растений, им постоянно необходимо балансировать его со средой, поскольку у них нет жесткой клеточной стенки.
• Методика позволяет впервые изучать роль осмотического давления непосредственно в живых тканях — как во время эмбриогенеза, так и в поддержании функции взрослых органов.
• Помимо фундаментальных исследований, метод имеет потенциал для промышленного и медицинского применения: мониторинг гидратации кожи, характеристика кремов или продуктов питания, диагностика заболеваний, связанных с нарушением осмотического давления (сердечно-сосудистые заболевания, опухоли).

Антуан Виан, ведущий автор работы и эксперт в микрофлюидике, подчеркивает: «Одиночные капли можно деформировать, но они несжимаемы и не позволяют измерять давление. В отличие от них, капли двойной эмульсии могут менять размер и работать как сенсоры осмотического давления».

Патент на эту технологию оформляется Калифорнийским университетом в Санта-Барбаре (UC Santa Barbara), где Кампас проводил исследования до перехода в TU Dresden.