Первая в своём роде система измеряет прочность и разрыв клеточного моста
Исследователи из Университета Небраски-Линкольна впервые зафиксировали биомеханическое поведение зрелых индивидуальных межклеточных контактов. Работа опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Важность контактов
Межклеточный контакт, протяжённостью в тысячные доли миллиметра, играет ключевую роль: он удерживает клетки вместе, служит линией химической коммуникации и шлюзом для транспорта воды и питательных веществ.
Инженерное решение
Для изучения прочности контакта команда под руководством Руйгуо Яна создала микроскопическую систему из двух трапециевидных платформ, напоминающую галстук-бабочку. Клетки, размещённые на платформах, формировали между собой контакт. Под каждой платформой располагались вертикальные опорные балки из мягкого полимера с А-образными распорками, чья жёсткость максимально приближена к жёсткости клеточного контакта. Система подключена к атомно-силовому микроскопу, способному генерировать силы порядка наноньютона.
Ключевые результаты
- Контакт способен растянуться более чем в два раза от своей первоначальной длины перед разрывом.
- При быстром растяжении контакт быстро рвётся. При медленном растяжении его поведение кардинально меняется: он продолжает растягиваться, превышая прочность на разрыв, зафиксированную в первом сценарии.
Механизм адаптации
Исследователи полагают, что разница обусловлена динамическим ответом не самого контакта, а цитоскелета клеток. При медленном растяжении цитоскелет, вероятно, успевает перестроиться, удлиняя молекулярные цепи, чтобы рассеять напряжение и избежать разрыва контакта — пример механотрансдукции.
Потенциал для исследований и терапии
Система позволяет изучать индивидуальные контакты в их зрелом, заякоренном состоянии, что критически важно для понимания процессов в организме.
- В предварительных экспериментах с белком E-cadherin, vital для формирования контактов, учёные наблюдали его кластеризацию вокруг контакта при увеличении деформации с 10% до 100% за ~10 минут. Это может объяснять повышенную прочность при медленном растяжении.
- Платформа потенциально может стать инструментом для скрининга лекарств, направленных на регуляцию прочности межклеточных контактов, что важно при некоторых болезнях сердца и онкологических заболеваниях.