Zespół badawczy z Uniwersytetu w Getyndze opracowuje metodę rozpoznawania właściwości komórek
Sprawdzanie, czy awokado jest twarde czy miękkie, patrząc na nie? Wymagałoby to rozpoznania, jak zachowują się komórki roślinne pod skórką. To samo dotyczy wszystkich innych komórek na naszej planecie: pomimo ponad 100 lat intensywnych badań, wiele ich właściwości pozostaje ukrytych wewnątrz komórki. Naukowcy z Uniwersytetu w Getyndze opisują w swojej ostatniej publikacji w Nature Materials nowe podejście, które może określić szczególnie trudne do wykrycia właściwości mechaniczne wnętrza komórki poprzez dokładniejsze przyjrzenie się.
Komórki są podstawowymi jednostkami wszelkiego życia, a ich dokładne zrozumienie jest kluczowym czynnikiem postępu w medycynie i biologii. Niemniej jednak badania nad nimi nadal stanowią wyzwanie, ponieważ wiele metod niszczy komórkę podczas analizy. Naukowcy z Uniwersytetu w Getyndze zajęli się teraz nowym pomysłem: wykorzystali losowy ruch fluktuacyjny, który wykonują wszystkie mikroskopijne cząstki. Aby to zrobić, najpierw symulowali oczekiwane fluktuacje, a następnie sprawdzali przewidywania za pomocą optycznych pułapek laserowych, które mogą precyzyjnie kontrolować mikrocząstki. Korzystając z tego podejścia, zespół badawczy był w stanie analizować ruch mikroskopijnych cząstek – z precyzją w zakresie nanometrów i rozdzielczością czasową około 50 mikrosekund. Ponadto analiza uwzględnia również historię, tj. przeszłe ruchy. Okazało się, że wiele obiektów zawsze chce powrócić do określonego miejsca po przypadkowym przemieszczeniu się. Naukowcy wykorzystali tę tendencję do powrotu do poprzedniej pozycji, aby zdefiniować nową kwantyfikację, tak zwaną średnią relaksację powrotną (MBR).
Ta nowa zmienna służy teraz jako swego rodzaju odcisk palca: zawiera informacje o przyczynach obserwowanych ruchów. Umożliwia to po raz pierwszy odróżnienie procesów aktywnych od procesów zależnych wyłącznie od temperatury (ruchy Browna). „Dzięki MBR możemy uzyskać więcej informacji o ruchach obiektów niż jest to możliwe przy użyciu zwykłych podejść” – wyjaśnia profesor Matthias Krüger z Instytutu Fizyki Teoretycznej Uniwersytetu w Getyndze.
Aby móc formułować stwierdzenia dotyczące żywych komórek, badacze zastosowali tę metodę do wnętrza żywych komórek. „Ponieważ nasza wiedza na temat wnętrza komórek jest nadal ograniczona, początkowo nie było jasne, czy MBR można zastosować również tutaj. Kiedy zobaczyłem powstałe krzywe, nie mogłem uwierzyć własnym oczom, ponieważ wnętrze komórek można opisać bardzo precyzyjnie, stosując podejścia, które pierwotnie opracowaliśmy dla znacznie prostszych sytuacji”, zachwyca się profesor Timo Betz z Trzeciego Instytutu Fizyki, kierownik eksperymentów.
„Wyniki pokazują, że połączenie wnikliwego spojrzenia i nowych, inteligentnych metod analizy może dostarczyć informacji na temat tego, czy wnętrze komórek jest miękkie, twarde czy płynne” – mówi główny autor badania, Till Münker z Trzeciego Instytutu Fizyki.
Oryginalna publikacja: Münker, TM i in. Dostęp do aktywności i właściwości lepkosprężystych systemów sztucznych i żywych z pomiaru pasywnego. Nature Materials 2024. Doi: 10.1038/s41563’024 -01957-2 .
