یک مطالعه نشان می‌دهد که سلول‌ها به سرعت به حرکات کوچک ریزمحیط القا شده توسط نور پاسخ می‌دهند

محققان در زمینه علوم زیستی و فوتونیک در دانشگاه تامپر در حین مطالعه واکنش سلول های سطحی به محرک های مکانیکی به کشف قابل توجهی دست یافته اند. با شبیه سازی تغییر شکل ماتریکس خارج سلولی در زیر سلول ها، محققان نشان داده اند که سلول ها به سرعت حتی تغییرات جزئی در محیط خود را حس می کنند و پاسخ آنها پیچیده تر از حد انتظار است. این کشف ممکن است به درک بهتر، به عنوان مثال، فرآیندهای دخیل در تشکیل متاستازهای سرطانی کمک کند.

سه گروه تحقیقاتی در این پروژه مشترک بررسی کردند که سلول های اپیتلیال چگونه تغییرات کوچک در محیط خود را حس می کنند کانال های یونی. این تحقیق با استفاده از مواد حساس به نور توسعه یافته توسط گروه تحقیقاتی Smart Photonics Materials به رهبری پروفسور Arri Priimägi انجام شد که می تواند به عنوان بستری برای کشت سلولی استفاده شود. این مواد با تحریک نور امکان حرکت دقیق و قابل کنترل بستر سلولی را فراهم می کنند.

سلول‌ها یک پروتئین نشانگر برای کلسیم درون سلولی داشتند، بنابراین ما توانستیم شیارهای کوچکی را روی سطح بستر بکشیم. میکروسکوپ کانفوکال Teemu Ihalainen، پژوهشگر ارشد مؤسسه مطالعات پیشرفته در تامپر (IAS) و رئیس گروه تحقیقاتی بیوفیزیک سلولی می گوید و در عین حال مشاهده کنید که سلول های زنده چگونه به این تغییرات در محیط با کمک کلسیم پاسخ می دهند. دانشکده پزشکی و فناوری های بهداشتی.

ما دریافتیم که حتی حرکت چند ده نانومتری ماده، کانال‌های مکانیکی کلسیمی را در سلول‌ها باز می‌کند که از طریق آن سلول‌ها می‌توانند سطح کلسیم خود را تغییر دهند.»

کلسیم برای بسیاری از فرآیندها مورد نیاز سلول ها است، بنابراین حتی تغییرات کوچک در مقدار کلسیم می تواند تأثیر زیادی بر عملکرد سلولی داشته باشد. این تحقیق شاید برای اولین بار نشان می‌دهد که سلول‌ها می‌توانند حرکات کوچک را در محیط خود حس کنند و این حرکات با تغییر جریان یون‌های کلسیم در غشای سلولی شناسایی می‌شوند. الکتریکی توسط جریان های یونی

این مطالعه بر روی تغییرات کلسیم درون سلولی در طی اولین ثانیه‌های محرک مکانیکی متمرکز بود. مقاله با عنوان “تغییر شکل نانومقیاس ناشی از نور در لایه نازک آزوبنزن باعث ایجاد کلسیم سریع داخل سلولی می شود.²⁺ افزایش از طریق کانال های کاتیونی حساس مکانیکی، که بخش کلیدی پایان نامه محقق دکتری هایدی پوسا است، منتشر شده در دفتر خاطرات علم پیشرفته.

یک کانال یونی مکانیکی به عنوان یک سوئیچ

در بدن سلول های اپیتلیال به طور محکم به ماتریکس خارج سلولی متصل می شوند و به عنوان مثال اجازه می دهند استرس مکانیکی محیط به سلول ها منتقل شود. محرک های مکانیکی برای عملکرد طبیعی سلول مهم هستند. اختلال در اتصال سلولی اغلب باعث بیماری یا سایر مشکلات می شود.

سلول‌ها تغییرات محیط خود را به روش‌های مختلف حس می‌کنند، به عنوان مثال از طریق کانال‌های یونی PIEZO1 که به صورت مکانیکی دردار هستند. کانال ها را می توان به عنوان منافذ غشای سلولی درک کرد که در حالت مکانیکی آرام بسته هستند اما به صورت باز هستند غشای سلولی کشیده می شود. این باز شدن در هزارم ثانیه رخ می دهد و منجر به ورود کلسیم به داخل سلول می شود. این فرآیند در بسیاری از عملکردهای فیزیولوژیکی، به عنوان مثال در حس لامسه، نقش کلیدی دارد. کشف کانال های یونی دارای دروازه مکانیکی برنده جایزه نوبل 2021 شد.

این مطالعه نشان داد که کانال‌های PIEZO1 برای حس کردن تغییرات سریع در ریزمحیط سلول حیاتی هستند.

ما متوجه شدیم که سلول‌ها قادر به تشخیص تغییر شکل‌های 40 نانومتری (0.000040 میلی‌متر) هستند که در هزارم ثانیه رخ می‌دهند. برای اولین بار، ما توانستیم مشاهده کنیم که چگونه کانال PIEZO1 در نتیجه یک تغییر فیزیکی در محیط خارج سلولی محلی باز می شود.”

فرصت های جدید برای مطالعه فرآیندهای سلولی چشم

روش استفاده شده توسط محققان جدید است و امکان مطالعه محرک های مکانیکی را فراهم می کند ماتریکس خارج سلولی به طور خاص و به طور همزمان پاسخ های سلولی را نظارت می کنند. مطالعات اضافی با هدف قرار دادن PIEZO01 کانال عملکرد در حال حاضر در راه است. علاوه بر این، هدف محققان مطالعه و توسعه مواد جدید پاسخگو به نور است.

«گام‌های بعدی ما بررسی عوامل تنظیم‌کننده و تنظیم‌کننده این کانال‌های یونی مکانیکی است. سوئیل نایمارک، دانشیار فناوری حسگرهای زیستی و رئیس گروه تحقیقاتی بیوفیزیک چشم در دانشکده پزشکی و فناوری‌های بهداشت می‌گوید: هدف همچنین دستیابی به درک گسترده‌تری از آنچه پس از چند ثانیه اول در درک احساس نیرو اتفاق می‌افتد است. .

ما در حال توسعه خطوط سلولی تراریخته جدید برای مطالعه بیشتر هستیم کلسیم سیگنال دهی در مکان های مختلف سلول این خطوط سلولی تراریخته همچنین به ما اجازه می‌دهد تا مطالعات خود را به اپیتلیوم رنگدانه شبکیه زیرین چشم گسترش دهیم و نقش کانال‌های PIEZO1 را در نگهداری شبکیه بررسی کنیم.