Техника включает в себя два мешка с гидрогелем, зажатых вместе с небольшим промежутком между ними. Нейтрофилы могут быть помещены в это пространство, имитируя ограничение, которое они испытывают в тканях. Камеры с интервальной съемкой измеряют скорость движения клеток, а микроскопы силы тяги определяют силы, которые клетки оказывают на окружающий гель.
В статье, опубликованной в Journal of Biological Chemistry, исследователи использовали устройство, чтобы раскрыть новые подробности о движении нейтрофилов.
Ткани тела представляют собой сильно ограниченные, плотно упакованные трехмерные пространства, которые могут широко варьироваться по физической форме и эластичности. Исследователи показали, что нейтрофилы чувствительны к физическим аспектам окружающей их среды: на плоских поверхностях они ведут себя иначе, чем в ограниченном трехмерном пространстве.
В конечном итоге команда надеется, что система может быть полезна при скрининге лекарств, направленных на оптимизацию нейтрофилов для борьбы с инфекцией в определенных типах тканей.
Традиционно исследования движения нейтрофилов в лаборатории часто проводятся на двумерных негибких поверхностях, состоящих из пластика или стекла. Эти исследования показали, что нейтрофилы перемещаются с помощью придатков, похожих на руки, называемых интегринами.
Клетка расширяет интегрины, которые цепляются за плоские поверхности, как крошечные крючки. Втягивая эти интегрины обратно, клетка может ползать.
Ученые думали, что, ингибируя интегрины, они могут значительно снизить способность клеток перемещаться по ткани. Они думали, что это может быть хорошей стратегией для борьбы с аутоиммунными заболеваниями, при которых нейтрофилы атакуют и повреждают здоровые ткани.
Но в 2008 году знаменательная статья показала, что нейтрофилы имеют второй способ движения. Работа показала, что клетки, в которых интегрины были отключены, все еще могли перемещаться через плотные ткани.
Кристиан Франк, доцент инженерных наук Брауна, и его коллеги хотели узнать больше об этом втором режиме движения.
«На плоских двумерных поверхностях есть движение, зависящее от интегрина, но в сложных трехмерных материалах движение не зависит от интегрина», — сказал Франк. "Вопрос, который мы задали, заключается в том, можем ли мы найти систему in vitro, которая может воссоздать это независимое от интегрина движение, потому что вы не можете получить его в обычной чашке Петри."
Используя свою гелевую систему и микроскопы силы тяги, Франк и его коллеги показали, что в ограниченном состоянии нейтрофилы проявляют силу в нескольких различных точках.
На дне ячейки силы генерировались способом, который соответствовал предыдущей визуализации взаимодействия интегринов. Но наверху камеры был еще один источник силы. Клетка толкается своей долей ядра на верхнюю поверхность геля, область клетки, где находится ДНК.
«Это как скалолаз, толкающий стены каньона», — сказал Франк.
Чтобы увидеть, отвечает ли сила, создаваемая долей ядра, за способность клеток двигаться без интегринов, исследователи повторили эксперимент с клетками, в которых интегрины были химически ингибированы. Конечно, клетки все еще могли двигаться, будучи заключенными между гелями.
Фактически, они могли двигаться быстрее.
«Мы показали, что физическое ограничение — это ключевая особенность воспроизведения не зависящего от интегрина движения в относительно простых условиях», — сказал Франк. "Раньше это было невозможно на плоской поверхности."
Тот факт, что ограниченные клетки на самом деле движутся быстрее без своего интегрина, предполагает, что, хотя интегрины не важны для движения клеток, они все же играют регулирующую роль.
«Мы показали, что [использование интегринов] не является черно-белым», — сказал Франк. "Даже в этом независимом от интегрина движении интегрины продолжают регулировать движение и генерацию силы."
Теперь, когда у них есть средства воссоздать, как нейтрофилы перемещаются в замкнутом пространстве в лаборатории, Франк и его команда планируют провести дальнейшие эксперименты, направленные на точную настройку этого движения. Разработанная ими система позволяет им контролировать жесткость гелевых поверхностей, между которыми перемещаются клетки, имитируя изменяющуюся жесткость тканей тела.
«Если подвижность специфична для нейтрофила, находящегося в определенной ткани, возможно, мы могли бы ослабить его реакцию», — сказал Франк. "Может быть, мы могли бы заставить его двигаться быстрее в мышцах и медленнее везде, например."
Эта новая система позволяет тестировать лекарства, предназначенные именно для этого.
Такие препараты могут принести большую пользу людям с нарушениями иммунной системы.