Частицы движутся быстрее в переполненной клеточной среде, когда молекулы сбиваются в хаотичную «толпу». Если же среда более однородна и менее плотная, скорость движения частиц падает. Зная скорость, с которой частицы движутся в этих средах, ученые смогут лучше понять клеточные процессы, которые требуют, чтобы молекулы могли «найти» друг друга в переполненной клетке, сообщает пресс-служба Университета штата Пенсильвания.

Статья с результатами исследования опубликована в журнале ACS Nano.

Жизнь внутри клетки протекает очень активно: там постоянно движутся макро- и микромолекулы, надмолекулярные комплексы (такие, как рибосомы) и целые органеллы (например, митохондрии). Более того, клетка пронизана оживленными «магистралями» – цитоскелетными нитями, по которым специальные белки-транспортеры перевозят «груз», и им приходится двигаться в плотной цитоплазме, преодолевая большое сопротивление. Во всей этой суматохе молекулы, которые участвуют в химических реакциях, необходимых клетке, должны пробираться через переполненную вязкую среду, чтобы найти своих партнеров-реагентов. То есть в целом двигаться в таких условиях трудно.

«Если среда заполнена плотно и однородно, движение замедляется, но мы знаем, что внутренняя часть клетки неоднородна; есть градиенты больших молекул и других видов. Итак, нас интересовало, как эти градиенты повлияют на транспортировку частиц на наноуровне», – говорит Аюсман Сен (Ayusman Sen), профессор химии и химической инженерии в Университете штата Пенсильвания и один из руководителей исследования.

В своей работе ученые сравнили движение коллоидов – нерастворимых частиц, которые могут принимать состояние, объединяющее свойства жидкости и твердого тела (это состояние похоже на студень или желе), – в различных средах. Для этого они использовали технологию микрофлюидики, которая позволяет работать с очень малыми объемами жидкостей.

Микрожидкостное устройство может быть заполнено различными растворами, в которых исследователи устанавливают «градиенты» макромолекул в жидкости – от более плотного скопления до менее плотного. На коллоиды-индикаторы, которые были большими или маленькими, твердыми, мягкими и деформируемыми, ученые нанесли флуоресцентные метки, по которым они отслеживали движение частиц, наблюдая через конфокальной микроскоп.

Результаты показали, что частицы двигаются быстрее в растворе, плотно наполненном молекулами разного размера. Большие молекулы коллоидов перемещались быстрее, чем маленькие, и в то же время мягкие и деформируемые – быстрее, чем твердые.

«Мягкие, деформируемые индикаторы являются лучшими представителями реальных видов частиц, перемещающихся в клетках, – сказал соавтор статьи Мэтью Коллинз (Matthew Collins). – Мы думаем, что они могут двигаться быстрее, потому что, в отличие от твердых частиц, они могут протискиваться через более плотную среду».