Ćelije tela stalno primaju i reaguju na signale iz svog okruženja. Mnogo se zna o tome kako ćelija oseća i reaguje na hemijske signale ili biomolekule, kao što je COVID-19. Ali malo se zna o tome kako signali iz fizičkog okruženja, poput dodira, temperature ili svetlosti, usmeravaju aktivnost ćelije. Razumevanje tog procesa moglo bi dovesti do novih načina lečenja raka i drugih bolesti.
Nova studija pod nazivom „Nanotopografija modulira intracelularne ekscitabilne sisteme kroz aktiviranje citoskeleta“, objavljena 1. maja 2023. u Zborniku Nacionalne akademije nauka od strane Multidisciplinarne univerzitetske istraživačke inicijative (MURI) koju vodi Univerzitet u Merilendu, otvorila je vrata viđenju kako ćelije reaguju na fizičke signale.
„Rasjasnili smo osećaj dodira ćelije“, rekao je Volfgang Losert, profesor fizike na UMD-u i vođa tima studije. „Smatramo kako ćelije osećaju fizičko okruženje može biti prilično različito od načina na koji osećaju hemijsko okruženje. Ovo nam može pomoći da razvijemo nove opcije lečenja za stanja koja uključuju izmenjeno fizičko ćelijsko okruženje, kao što su tumori, imunološke bolesti i zarastanje rana.“
Glavna razlika između hemijskih i fizičkih signala je veličina. Hemijski signali su 100.000 puta manji od širine ljudske kose. Fizički znaci su teškaši u ringu.
„Pogledali smo kako ćelije osećaju ključne fizičke znakove iz svog okruženja koji su 100 puta veći od hemijskih signalnih molekula“, rekao je Losert, koji takođe ima zajednički sastanak u UMD-ovom Institutu za fizičke nauke i tehnologiju (IPST).
„Mi zaista odgovaramo na neku vrstu dugogodišnje misterije o tome kako ćelije reaguju na signale u svom okruženju koji su na fizičkoj, a ne na hemijskoj skali“, rekao je koautor rada i član MURI tima Džon T. Furkas, profesor na Katedri za hemiju i biohemiju UMD-a sa zajedničkim imenovanjem u IPST.
MURI tim je proučavao glavne aktere u interakciji ćelije sa njenim fizičkim okruženjem: citoskelet, mrežu proteina koji okružuju ćeliju i deluje kao direktan senzor fizičkog okruženja; aktin, protein koji održava ćelije povezane; i ćelijski signalni putevi.
Kikin Iang (Ph.D. ’22, fizika), koja je vodila eksperimente i analize za svoj doktorat. istraživanje na UMD-u, rekao je: „Mislim da naš rad vezan za citoskelet pokazuje da on igra važnu ulogu u osećanju fizičkih znakova, poput bola.“
MURI tim je otkrio da su mreže koje vode migraciju ćelija uzvodno za hemijski sensing i nizvodno za fizičko, topografsko sensiranje; i da je aktin direktni senzor za obe vrste signala.
„Mislim da je ovo prva stvarna ključna potvrda da je aktin sam po sebi senzor i da su talasi zaista tamo gde se nalaze na putu senzora, ne nizvodno, već ispred i u sredini“, rekao je Furkas.
„Naši nalazi otkrivaju da, na sličan način na koji obrasci talasa u okeanu omogućavaju stručnom surferu da razume topografiju podmorja, takozvani ‘mehaničko-hemijski’ talasi u ćelijama su ključni za detekciju signala iz njihovog fizičkog okruženja koji su mnogo veći od pojedinačnih proteina“, rekao je Losert. „To ima implikacije na to kako možete dizajnirati fizičke intervencije da promenite ponašanje ćelija.“
Na primer, prethodno istraživanje koautora ove studije, Pitera Devreotesa sa Univerziteta Džon Hopkins, otkrilo je da je dinamika aktina različita za ćelije raka koje se smatraju najinvazivnijim.
„Razumevanje kako lekovi utiču na talase je važan dodatni deo informacije koji se može koristiti u donošenju odluka o opcijama lečenja“, rekao je Losert. „Vidim da naša studija takođe pruža smernice o tome kako možete poboljšati sposobnost imunih ćelija da budu vođene do svog cilja.“
