Функция красных кровяных телец (эритроцитов) заключается в транспортировке кислорода в крови позвоночных. До сих пор ученые видели только причину своего постоянного изгиба в условиях теплового (я).е. внешние силы. С другой стороны, биологические соображения предполагают, что внутренние силы, вызванные белками, также ответственны за изменение формы клеточной мембраны в клетках крови. "Итак, мы начали со следующего вопроса: поскольку клетки крови являются живыми клетками, почему внутренние силы внутри клетки также не должны влиять на мембрану?"?"говорит доктор. Тимо Бец из Мюнстерского университета. "Для биологов это все ясно, но эти силы никогда не были частью какого-либо физического уравнения."У исследователей даже есть подозрение, какие силы внутри клетки заставляют клеточную мембрану изменять форму. «Транспортные белки могут создавать такие силы в мембране, перемещая ионы с одной стороны мембраны на другую», — говорит профессор.
Герхард Гомппер, директор Института сложных систем Юлиха.
Тимо Бец занимается исследованиями в качестве биофизика в Университете Мюнстера с 2015 года и возглавляет исследовательскую группу «Механика клеточных систем» в кластере совершенства «Клетки в движении»."Исследование активности красных кровяных телец началось как международное сотрудничество между Институтом Кюри в Париже и двумя институтами в Юлихе — Институтом сложных систем и Институтом передового моделирования — и теперь работа завершена в Мюнстере, Пэрис и Юлих. «Ключом к нашему успеху стало взаимодействие физических теорий Эрве Турльера, компьютерного моделирования, выполненного Дмитрием Федосовым и Торстеном Аутом, и моих экспериментальных результатов», — поясняет Тимо Бец. По словам Герхарда Гомппера, сочетание экспериментальной работы, теории и компьютерного моделирования необходимо для получения новых идей. «В настоящее время современное моделирование позволяет количественно определять химические и биологические процессы, которые не поддаются прямому экспериментальному наблюдению», — добавляет он.
Лучшее понимание клеточной механики
Исследователи хотят узнать больше о механике клеток крови и получить подробное представление о силах, которые движутся и формируют клетки.
В частности, в случае эритроцитов важно точно знать их свойства и их внутренние силы, потому что они необычайно мягкие и эластичные и меняют свою форму, чтобы иметь возможность проходить через иногда мельчайшие кровеносные сосуды в нашем теле. тело. Именно потому, что клетки крови обычно настолько мягкие, в предыдущих исследованиях физики измеряли большие тепловые флуктуации на внешней мембране клеток. Эти естественные движения молекул определяются окружающей температурой. Другими словами, клеточная мембрана клеток крови движется, потому что молекулы, находящиеся поблизости, толкают ее.
Под микроскопом кажется, что клетки крови извиваются.
Хотя это объясняет, почему клетки крови движутся, он не решает вопрос о возможных внутренних силах, которые являются сопутствующим фактором. Таким образом, исследовательская группа под руководством Тимо Бец использовала новый метод, чтобы внимательно изучить колебания клеток крови.
С помощью так называемого оптического пинцета — концентрированного лазерного луча — исследователи растянули клетки крови в чашке Петри и проанализировали их поведение. В результате, если у клеток крови было достаточно времени на реакцию, они сами становились активными и могли противодействовать силе оптического пинцета. Если у них не было этого времени, они были во власти окружающей среды, и измерялись только силы, связанные с температурой.
«Сравнивая оба набора измерений, мы можем точно определить, насколько быстро клетки сами становятся активными и какую силу они генерируют, чтобы изменить форму», — объясняет Бетц. "Теперь дело за биологами, потому что мы, физики, имеем лишь приблизительное представление о том, какие белки могут быть движущими силами этого движения. С другой стороны, мы можем точно предсказать, насколько они быстры и сильны."