Sondat me madhësi nano zbulojnë se si struktura qelizore i përgjigjet presionit
Duke u dhënë qelizave të gjalla një “nano-poke” dhe duke monitoruar ndryshimet që rezultojnë në mjedisin ndërqelizor, studiuesit kanë marrë pamjen e tyre të parë se si qelizat e tëra reagojnë ndaj presionit të jashtëm mekanik.
Një ekip i udhëhequr nga shkencëtarët nga Instituti Kombëtar për Shkencën e Materialeve në Tsukuba, Japoni, përdori një teknikë të quajtur mikroskopi i forcës atomike për të aplikuar forcë në të gjithë sipërfaqen e qelizave të ndryshme. Metoda përdor sonda në shkallë nano, me majat vetëm disa miliarda të metër në madhësi, për të matur dhe hartuar se si forca shpërndahet në sipërfaqen qelizore dhe në të gjithë qelizën.
Studiuesit përdorën mësimin e makinerive për të analizuar dhe modeluar forcat që matën. Ata përdorën gjithashtu teknika fiksimi dhe ngjyrosjeje për të studiuar se si shtrembërimi i forcës ndikoi në strukturat e brendshme të qelizës dhe mikrotubulat dhe fijet e aktinës që përbëjnë “skeletin” e saj.
Studimi u botua në revistën Science and Technology of Advanced Materials .
“Qelizat janë materiale inteligjente që mund të përshtaten me stimuj të ndryshëm kimikë dhe mekanikë nga rrethina e tyre”, thotë Jun Nakanishi, një nga autorët përkatës të studimit dhe drejtuesi i Grupit të Mekanobiologjisë në Institutin Kombëtar për Shkencën e Materialeve. Kjo aftësi për t’u përshtatur mbështetet në mekanizmat e shpejtë të reagimit për ta mbajtur qelizën të paprekur dhe të shëndetshme, dhe ka prova në rritje se dështimi i kësaj përgjigjeje qelizore qëndron në themel të një sërë sëmundjesh, duke përfshirë diabetin, sëmundjen e Parkinsonit, sulmet në zemër dhe kancerin.
Deri më tani, studimet e këtyre përgjigjeve qelizore kanë qenë të kufizuara nga teknikat e përdorura – për shembull, disa metoda kërkojnë që qelizat të jenë të pajisura paraprakisht me sensorë, kështu që ato mund të matin vetëm një pjesë të vogël të përgjigjes. “Ne shpikëm një mënyrë unike për të ‘prekur’ një qelizë me një ‘dorë’ në shkallë nano, në mënyrë që shpërndarja e forcës mbi një qelizë të plotë të mund të hartohet me rezolucion nanometër,” thotë Hongxin Wang, i cili është autori i parë i studimit dhe JSPS. postdoc në Grupin e Mekanobiologjisë.
Studimi zbuloi se forcat tensionuese dhe shtypëse shpërndahen nëpër fibrat e aktinës dhe mikrotubulat brenda qelizës për të mbajtur formën e saj, të ngjashme me mënyrën se si funksionojnë shtyllat dhe litarët e një tende kampingu. Kur studiuesit çaktivizuan funksionin mbajtës të forcës së fibrave të aktinës, ata zbuluan se vetë bërthama është gjithashtu e përfshirë në kundërbalancimin e forcave të jashtme, duke theksuar rolin e strukturës së brendshme të bërthamës në përgjigjen e stresit qelizor.
Ekipi hulumtues krahasoi gjithashtu përgjigjet e qelizave të shëndetshme dhe kancerogjene. Qelizat e kancerit u treguan më elastike ndaj kompresimit të jashtëm sesa qelizat e shëndetshme , dhe ato kishin më pak gjasa të aktivizonin vdekjen e qelizave si përgjigje.
Gjetjet jo vetëm që ndriçojnë mekanikën komplekse ndërqelizore të përgjigjes ndaj stresit, por zbulimi i përgjigjeve të ndryshme në qelizat e kancerit mund të ofrojë një mënyrë të re për të dalluar qelizat e shëndetshme dhe kanceroze – një mjet diagnostikues i bazuar në mekanikën qelizore.
Spitalet aktualisht përdorin madhësinë, formën dhe strukturën e një qelize në diagnostikimin e kancerit. Megjithatë, këto veçori jo gjithmonë ofrojnë informacion të mjaftueshëm për të treguar dallimin midis qelizave të shëndetshme dhe të sëmura.
“Gjetjet tona ofrojnë një mënyrë tjetër për të kontrolluar kushtet e qelizave duke matur shpërndarjen e forcës, e cila mund të përmirësojë në mënyrë dramatike saktësinë diagnostike,” thotë Han Zhang, një autor tjetër korrespondues i studimit dhe studiuesi i lartë i Grupit të Mikroskopisë Elektronike, NIMS.