Koristeći nove mikroskope super-rezolucije, istraživači sa Univerziteta Kalifornije, Irvine i Univerziteta u Pensilvaniji su po prvi put primetili funkcije električnog naelektrisanja i pražnjenja unutar mitohondrija izolovanih iz ćelija.
Mitohondrijon je struktura unutar ćelije koja koristi aerobno disanje za stvaranje adenozin trifosfata, organskog jedinjenja koje obezbeđuje energiju za podršku mnogih procesa u živim tkivima. Istraživači medicinskog i biomedicinskog inženjerstva tražili su bolje razumevanje mitohondrija, prepoznajući njihov značaj u ljudskom zdravlju i bolesti.
Dok su mnogi raniji istraživački projekti proučavali fizičke karakteristike ovih komponenti koje postoje u živim ćelijama, projekat predvođen UCI je prvi koji koristi mikroskope super rezolucije za proučavanje živih, vanćelijskih mitohondrija. Posmatrajući promene u mitohondrijskim membranama u različitim metaboličkim stanjima na ovaj način, istraživači su bili u mogućnosti da svedoče o elektrofiziološkom funkcionisanju ovih živih organela. Rezultati tima objavljeni su u časopisu ACS Nano.
„Kada smo prvi put počeli da proučavamo izolovane mitohondrije, znali smo da se ponašaju kao baterija na osnovu nekog rada iz Tokijskog Metropolitan instituta za gerontologiju i UCLA, ali nismo mogli da ih kontrolišemo dobro unutar ćelije da bismo ih ispitali“, rekao je koautor Peter Burke, UCI profesor elektrotehnike i računarstva. „Sada možemo da kontrolišemo svaku pojedinačnu električnu komponentu i da izazovemo njeno punjenje i pražnjenje.“
On je rekao da je rad omogućila nova generacija mikroskopa super rezolucije. Članovi tima su u svojoj studiji koristili sve tri vodeće metode – vazdušnu mikroskopiju, mikroskopiju sa osiromašenjem stimulisanih emisija i mikroskopiju sa strukturiranom rešetkom.
Ovo im je omogućilo da ispitaju kriste, ponavljajuće serpentinske strukture unutar mitohondrija koje mere oko 100 nanometara. Najkraća talasna dužina vidljive svetlosti je ljubičasta na oko 380 nanometara, rekao je Burk, pa su im bili potrebni moćni instrumenti – mikroskopi super rezolucije – da ispitaju distribuciju napona nešto manje od trećine te veličine.
„Zamislite da pokušavate da proučite kako baterija u Tesli funkcioniše, ali to možete učiniti samo vozeći automobil“, rekao je on. „Ne biste naučili mnogo o bateriji u automobilu.“
Uzimajući mitohondrije iz ćelije i održavajući ih u životu, Berk i njegovi saradnici – glavni autor ChiaHung Lee, UCI diplomirani student istraživač biomedicinskog inženjerstva, i Daglas Volas sa Univerziteta u Pensilvaniji – mogli su da ih napune i isprazne.
„Mogli bismo detaljno da posmatramo kako se svaki pojedinačni deo ponaša kao jedna baterija, slično tome kako se baterije u dronima i automobilima – koji su mnogo manjih baterija – pojedinačno kombinuju da bi napajali vozilo,” rekao je Burk. „Interesantno je da smo otkrili da se baterije preuređuju kada se pune i prazne, što se ne nalazi u običnim baterijama.
On je primetio da su njegovi eksperimenti dokazali ono što su istraživači dugo mislili dok su proučavali snimke smrznutih (mrtvih) mitohondrija: unutrašnja struktura se menja kao odgovor na metaboličke potrebe ćelije. Mitohondrij može da stvori i uništi svoje „baterije“ (kriste) po potrebi. Ovo pokazuje da, za razliku od dronova i Tesle, mitohondrije mogu da menjaju svoje unutrašnje oblike na osnovu toga koliko energije je potrebno ćelijama.
Burke je rekao da bi ovaj rad mogao imati široku primenu u ljudskom zdravlju, uključujući studije o tome kako ljudi stare na ćelijskom nivou.
„Jednom kada shvatimo kako oni stvaraju energiju, možemo početi da razmišljamo o načinima da ovo modifikujemo za poboljšanje ljudskog zdravlja i dugovečnosti“, rekao je on.
