Исследователи из Университета Пенсильвании разработали систему, способную измерять ответ клеток на внешние механические воздействия.

Учёные создали индивидуальные наноразмерные сенсоры, используя микрокантилеверы и магнитные нанопроволоки. С помощью этих устройств им удалось не только показать, что клетки динамически реагируют на внешние силы, но и обнаружить, что воздействие в отдельной точке вызывает не просто локальный ответ, а сложную реакцию всей внутренней структуры клетки.

Новый метод не только позволяет изучать механику отдельных клеток. Механические силы играют важную роль в росте и функционировании тканей. Новая система позволит следить за различиями в возникновении сил и реакции на них в здоровых и больных клетках, а также разрабатывать новые терапевтические методы и способы модуляции клеточных взаимодействий.

Для исследования биомеханической реакции клеток на внешние воздействия, авторы работы прикладывали к ним силы с помощью микромассивов магнитных стержней, содержащих кобальтовые нанопроволоки, чередующихся с немагнитными. Внешнее магнитное поле использовалось для создания механической силы, а немагнитные стержни служили детекторами. Было обнаружено два типа ответа на воздействие: резкое снижение сокращаемости в течение первой минуты воздействия либо постепенное снижение в течение нескольких минут.

В обоих случаях распределение снижения тянущей силы не было локализовано в области воздействия или равномерно распределено по всей поверхности клетки. Вместо этого, механические изменения происходили в определённых местах по периферии клетки. Это указывает на то, что клетки активно динамически подстраивают внутренние силы под те, которые возникают в их окружении.

Механические воздействия оказывают важное влияние на многие клеточные функции, включая экспрессию генов, пролиферацию и дифференциацию. Приложение напряжений сдвига или натяжения к клеточной культуре, например, может вызвать изменения в регуляции клеточной адгезии, внутриклеточной сигнализации и функционировании клеток, во многом подобно внутриклеточным силам. Сходство реакций клеток на внешние и внутренние силы указывает на то, что оба типа воздействий могут использовать одни и те же механизмы механотрансдукции для преобразования механических сигналов в биохимические. Новое открытие продемонстрировало, что на самом деле внешние и внутренние силы тесно связаны.

Василий Артюхов