_ Studiul arată că celulele răspund rapid la mici mișcări ale micro-mediului induse de lumină

Cercetătorii în științe ale vieții și fotonică de la Universitatea Tampere au făcut o descoperire remarcabilă în studierea răspunsului celulelor superficiale la stimulii mecanici. Simulând deformarea matricei extracelulare de sub celule, cercetătorii au arătat că celulele simt rapid chiar și schimbări minore în mediul lor, iar răspunsul lor este mai complex decât se aștepta. Descoperirea poate ajuta la înțelegerea mai bună, de exemplu, a proceselor legate de formarea metastazelor canceroase.

Trei grupuri de cercetare au investigat în acest proiect comun modul în care celulele epiteliale simt micile schimbări în mediul lor prin canalele ionice. Studiul a fost realizat folosind materiale sensibile la lumină dezvoltate de grupul de cercetare Smart Photonics Materials condus de profesorul Arri Priimägi, care poate fi folosit ca substrat pentru cultura celulară. Aceste materiale permit mișcarea precisă și controlabilă a substratului celular folosind stimularea luminoasă.

„Celulele aveau o proteină marker pentru calciul intracelular, așa că am reușit să desenăm mici șanțuri pe suprafața substratului pe un microscop confocal și în același timp, monitorizați modul în care celulele vii răspund la aceste schimbări din mediu cu ajutorul calciului”, spune Teemu Ihalainen, cercetător senior la Institutul de Studii Avansate din Tampere (IAS) și lider al grupului de cercetare în biofizică celulară de la Facultatea de Medicină și Tehnologia Sănătății.

„Am descoperit că chiar și mișcarea a câțiva zeci de nanometri de material a deschis canale de calciu închise mecanic în celule, prin care celulele au putut să-și modifice nivelul de calciu.”

Calciul este necesar în celule pentru o mare varietate de procese, astfel încât chiar și modificări mici ale cantității de calciu pot avea efecte mari asupra funcțiilor celulare. Studiul arată, poate pentru prima dată, că celulele sunt capabile să simtă mișcări minuscule în mediul lor, iar aceste mișcări sunt detectate prin modificarea fluxului de ioni de calciu prin membrana celulară, adică electric prin curenți ionici.

Studiul sa concentrat pe modificările calciului intracelular în primele secunde ale stimulului mecanic. Un articol intitulat „Deformarea nanometrică indusă de lumină în filmul subțire de azobenzen declanșează creșterea rapidă a Ca2+ intracelular prin canalele de cationi mecanosensibile”, care este o parte cheie a tezei cercetătoarei doctorale Heidi Peussa, a fost publicat în revista Advanced Science.

Canalul ionic încadrat mecanic ca o cheie

În organism, celulele epiteliale sunt strâns atașate de matricea extracelulară, permițând, de exemplu, transmiterea la celule a tensiunii mecanice a mediului. Stimulii mecanici sunt importanți în funcțiile normale ale celulelor. Întreruperea atașării celulelor provoacă adesea boli sau alte probleme.

Celulele simt schimbările din mediul lor într-o varietate de moduri, de exemplu, prin canalele ionice PIEZO1 cu control mecanic. Canalele pot fi înțelese ca pori ai membranei celulare care sunt închise într-o stare relaxată mecanic, dar se deschid pe măsură ce membrana celulară se întinde. Deschiderea are loc în miimi de secundă și duce la afluxul de calciu în celulă. Procesul are un rol cheie în multe funcții fiziologice, de exemplu, în senzația de atingere. Descoperirea canalelor ionice cu control mecanic a fost distinsă cu Premiul Nobel în 2021.

Studiul a arătat că canalele PIEZO1 sunt cruciale pentru detectarea schimbărilor rapide în micromediul celulei.

„Am descoperit că celulele sunt capabile să sesizeze deformații de până la 40 de nanometri (0,000040 mm) care apar în miimi de secundă. Pentru prima dată, am reușit să monitorizăm modul în care canalul PIEZO1 se deschide ca urmare a unei modificări fizice a localului extracelular. mediu”, spune Ihalainen.

Noi posibilități de a studia procesele celulare ale ochiului

Metoda folosită de cercetători este nouă și permite studierea stimulului mecanic al matricei extracelulare în special și monitorizarea simultană a răspunsurilor celulare. Cercetări suplimentare privind funcționarea canalului PIEZO01 sunt deja pe drum. În plus, scopul cercetătorilor este să studieze și să dezvolte noi materiale sensibile la lumină.

„Următorii noștri pași sunt să studiem factorii de reglare și reglare a acestor canale ionice cu control mecanic. Scopul este, de asemenea, de a câștiga o înțelegere mai largă a ceea ce se întâmplă după primele câteva secunde în percepția senzației de forță”, spune Soile Nymark, profesor asociat de tehnologie a biosenzorilor și lider al grupului de cercetare Biofizica ochiului de la Facultatea de Medicină și Tehnologia Sănătății.

„Dezvoltăm noi linii de celule transgenice pentru a studia în continuare semnalizarea calciului în diferite locații ale celulei. Aceste linii de celule transgenice ne permit, de asemenea, să extindem studiile la epiteliul pigmentar retinian de bază al ochiului și să studiem rolul PIEZO1. canale în întreținerea retinei,”

(Fluierul)