Клеточные частицы движутся быстрее через переполненную клеточную среду, когда молекулы скученности распределены неравномерно. Новое исследование также показывает, что перенос частиц в переполненных клетках на самом деле может быть быстрее, чем движение в непереполненной среде, если частицы перемещаются из густонаселенных областей в менее людные. Понимание скорости, с которой частицы движутся в этих средах, может помочь исследователям лучше понять клеточные процессы, которые требуют, чтобы несколько молекул «находили» друг друга в переполненной среде клетки. Статья, описывающая исследование, проведенное группой ученых штата Пенсильвания, опубликована в Интернете в журнале ACS Nano.
«Стеснение является обычным явлением в живых системах разной длины, от оживленных коридоров до плотной клеточной цитоплазмы», - сказал Аюсман Сен, профессор химии Верна М. Уилламана и заслуженный профессор химии и химической инженерии в Пенсильвании. один из руководителей исследовательской группы. «Внутренности клеток очень, очень переполнены белками, макромолекулами и органеллами. Молекулы, участвующие в химических реакциях, необходимых клетке, должны транспортироваться через эту переполненную, вязкую среду, чтобы найти реагенты-партнеры. Если среда однородно переполнена, движение замедляется, но мы знаем, что внутри клетки неоднородно, существуют градиенты макромолекул и других частиц, поэтому нас интересовало, как эти градиенты повлияют на транспорт в наномасштабе».
Исследователи сравнили движение различных «индикаторных» коллоидов - нерастворимых частиц, взвешенных в жидкости - в различных средах с помощью микрофлюидики. Микрожидкостное устройство может быть заполнено различными растворами, в которых исследователи устанавливают градиенты - от высокого к низкому - «более тесных» макромолекул в жидкости. Трейсеры, которые могут быть большими или маленькими, твердыми или мягкими и деформируемыми, помечены флуоресцентно, что позволяет исследователям отслеживать их движение с помощью конфокального микроскопа..
«Мы были удивлены, увидев, что трассеры перемещаются быстрее в градиентах краудеров, чем в жидкости без краудеров», - сказал Фарзад Мохаджерани, аспирант химического машиностроения Пенсильванского университета и соавтор. автор бумаги. «Мы думаем, что плотно упакованные краудеры на самом деле оказывали давление на трассеры, заставляя их двигаться к менее плотным областям. Крупные молекулы трассеров двигались быстрее, чем маленькие, а мягкие, деформируемые трассеры двигались быстрее, чем твердые».
«Мягкие, деформируемые трассеры являются лучшими представителями реальных видов, перемещающихся в клетках», - сказал Мэтью Коллинз, аспирант по химии в Пенсильванском университете и соавтор статьи.«Мы думаем, что они могут двигаться быстрее, потому что, в отличие от твердых частиц, они могут протискиваться через более узкие места».
"Наши эксперименты и модель не только показывают, что молекулы могут двигаться быстрее из-за градиентов скопления макромолекул, мы думаем, что эти скорости движения могут еще больше увеличиться внутри реальных живых клеток, где другие активные движущиеся молекулы могут увеличить давление скопления", сказал сенатор