Вид на клетку с помощью оптической лазерной ловушки: она локализует микроскопические частицы, чтобы сделать выводы об их случайном дрожащем движении. Новый подход, разработанный исследователями из Геттингена, позволяет сделать вывод из этих движений, насколько твердым, мягким или жидким является внутреннее пространство клетки. Автор: Тилль Мориц Мюнкер
Проверить, является ли авокадо твердым или мягким, посмотрев на него? Для этого потребуется узнать, как ведут себя растительные клетки за кожурой. То же самое относится ко всем другим клеткам на нашей планете: несмотря на более чем 100 лет интенсивных исследований, многие их свойства остаются скрытыми внутри клетки.
Исследователи из Геттингенского университета описывают в своей недавней публикации в журнале Nature Materials новый подход, который позволяет определить особенно трудно обнаруживаемые механические свойства внутренней части клетки путем более внимательного изучения.
Клетки являются основными единицами всей жизни, и их точное понимание является ключевым фактором прогресса, достигнутого в медицине и биологии. Тем не менее, их исследование все еще является сложной задачей, поскольку многие методы разрушают клетку во время анализа. Исследователи из Геттингенского университета теперь занялись новой идеей: они использовали случайное флуктуационное движение, которое выполняют все микроскопические частицы.
Для этого они сначала смоделировали ожидаемые флуктуации, а затем проверили прогнозы с помощью оптических лазерных ловушек, которые могут точно контролировать микрочастицы. Используя этот подход, исследовательская группа смогла проанализировать движение микроскопических частиц — с точностью в нанометровом диапазоне и временным разрешением около 50 микросекунд.
Кроме того, анализ также учитывает историю, т. е. прошлые перемещения. Оказалось, что многие объекты всегда хотят вернуться в определенное место после случайного перемещения. Исследователи использовали эту тенденцию возвращаться в предыдущее положение для определения новой величины, так называемой средней обратной релаксации (MBR).
Эта новая переменная теперь служит своего рода отпечатком пальца: она содержит информацию о причинах наблюдаемых движений. Это впервые позволяет отличить активные процессы от процессов, зависящих исключительно от температуры (броуновское движение).
«С помощью MBR мы можем получить больше информации о движениях объектов, чем это возможно при обычных подходах», — объясняет профессор Маттиас Крюгер из Института теоретической физики Геттингенского университета.
Взгляд внутрь клетки с помощью оптической лазерной ловушки: она локализует микроскопические частицы, чтобы сделать выводы об их случайном дрожательном движении. Новый подход, разработанный исследователями из Геттингена, позволяет по этим движениям сделать вывод о том, насколько твердой, мягкой или жидкой является внутренняя часть клетки. Фото: Тилль Мориц Мюнкер
Чтобы сделать выводы о живых клетках, исследователи применили этот метод к внутренней части живых клеток.
«Поскольку наши знания о внутренней части клеток все еще ограничены, изначально было неясно, можно ли использовать здесь MBR. Когда я увидел полученные кривые, я с трудом поверил своим глазам, потому что внутреннюю часть клеток можно было очень точно описать, используя подходы, которые мы изначально разработали для гораздо более простых ситуаций», — удивляется профессор Тимо Бец из Третьего института физики, руководитель экспериментов.
«Результаты показывают, что сочетание пристального взгляда и новых, интеллектуальных методов анализа может дать представление о том, является ли внутренняя часть клеток мягкой, твердой или жидкой», — говорит первый автор исследования Тилль Мюнкер из Третьего института физики.
Дополнительная информация: Тилль М. Мюнкер и др., Доступ к активности и вязкоупругим свойствам искусственных и живых систем с помощью пассивных измерений, Nature Materials (2024). DOI: 10.1038/s41563-024-01957-2
Информация о журнале: Nature Materials
Предоставлено Геттингенским университетом
