2023 Հեղինակ: Sophia Otis | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-05-21 01:49
Փենսիլվանիայի համալսարանի բիոինժեներները ցույց են տվել, որ արյան անոթները գծող բջիջները արձագանքում են մեխանիկական ուժերին՝ միկրոսկոպիկ ձգում և ձգում բջջային կառուցվածքներին, ամրացնելով և մեծացնելով դրանց կապերը՝ այդպիսով ստեղծելով ավելի ամուր կպչուն փոխազդեցություն հարևան բջիջների միջև:
Կպչող հանգույցները՝ կառուցվածքները, որոնք թույլ են տալիս միաձուլվել հյուսվածքի բջիջների միջև, կարծես մոդուլավորվում են էնդոթելային բջիջ-բջջ քաշող ուժերով: Ե՛վ միացումների չափը, և՛ բջիջների միջև ձգող ուժի մեծությունը աճում կամ քայքայվում է մոլեկուլային շարժիչ սպիտակուցի միոզինի ակտիվացման կամ արգելակման հետ համատեղ:
Գտածոները ընդլայնում են բազմաբջջային մեխանիկայի ըմբռնումը: Բջջային բջիջների կպչունության դինամիկ հարմարեցումը ուժերին կարող է բացատրել, թե ինչպես են բջիջները կարող պահպանել բազմաբջջային ամբողջականությունը տարբեր մեխանիկական միջավայրերում: Հասկանալը, թե ինչպես են ուժերը ազդում բջիջների կպչունության վրա, կարող է նոր հնարավորություններ ընձեռել արյան անոթների սուր և քրոնիկ դիսֆունկցիայի դեմ ուղղված թերապիաների համար:
Քանի որ էնդոթելային բջիջների միջև այս կպչունությունը թույլ է տալիս այս բջիջներին ամուր փակել արյան անոթների և շրջակա հյուսվածքների միջև, հետազոտությունը նաև ցույց է տալիս, որ մեխանիկական ուժերի փոփոխությունները կարող են դրդել էնդոթելիային բջիջներին՝ մոդուլացնել «սեղմումը»: միմյանց հետ կպչունություն, որը կարող է հետագայում փոփոխել արյան անոթների թափանցելիությունը: Հիվանդության շատ վիճակներում, ինչպիսիք են սեպտիկ շոկը, շաքարախտը և ուռուցքային անոթները, էնդոթելային բջիջները չեն կարողանում միմյանց հետ ձևավորել ամուր կպչունություն, որն անհրաժեշտ է անոթների արտահոսքը շրջակա հյուսվածքի մեջ կանխելու համար:
Հայտնի է, որ միոզինի ակտիվությունը պահանջվում է բջիջների կողմից առաջացած կծկվող ուժերի համար, և որ միոզինը ազդում է հյուսվածքների բջիջների կազմակերպման վրա՝ ակտինի ցիտոկմախքի դեմ մեխանիկական ուժերի առաջացման միջոցով; այնուհանդերձ, արդյո՞ք ուժերը առաջ են բերում բջիջ-բջիջների կպչման չափերի փոփոխությունները, մնում է բաց հարց: Թիմը ցույց տվեց, որ երբ «մարզվում» է, ակտոմիոզինի ցիտոկմախքը զույգ բջիջներում կարող է առաջացնել զգալի ձգող ուժ կպչուն հանգույցների վրա, և, ի պատասխան, հանգույցներն ավելի ուժեղանում են: Պատճառահետեւանքային կապն ապացուցելու համար խումբը ցույց տվեց, որ միկրոմանիպուլյատորի միջոցով կիրառվող էկզոգեն ուժերը նույնպես առաջացնում են հանգույցի աճ: Այս ուսումնասիրությունը առաջին անգամն է, երբ չափվել են բջիջների կողմից առաջացած ուժերը կպչուն հանգույցում:
Կպչող հանգույցների արձագանքողությունը ձգող ուժին ուսումնասիրելու համար բիոինժեներ Քրիս Չենը և նրա լաբորատորիան հարմարեցրեցին միկրոֆաբրիկացված ուժի սենսորների համակարգ՝ ուժի և հանգույցի չափի քանակական չափումները որոշելու համար:Հետազոտողները ռետինե պոլիմերից՝ պոլիդիմեթիլսիլոքսանից, միկրոասեղներ են պատրաստել (3 միկրոն լայնությամբ, 9 միկրոն բարձրությամբ կամ մարդու մազի չափի մեկ հիսուներորդը) և դրանք պատել են սոսնձվող սպիտակուցով՝ բջիջների կցումը թույլ տալու համար: Այս կպչուն սպիտակուցը փոխանցվել է միկրոասեղի ենթաշերտերին՝ «փողկապի ձևանմուշներով», որոնք ստիպել են բջիջներին ձևավորել զույգ բջիջներ, որոնց միջև բջիջ-բջջային շփում է: Զույգի յուրաքանչյուր բջիջ կցվել է մոտ 30 միկրոասեղի, և հետազոտողները կարողացել են չափել ասեղների շեղումը, երբ բջիջները գործադրել են ձգողական (ներքաշող) ուժեր: Ասեղների շեղումը համաչափ էր կառուցվածքի կողմից առաջացած ուժի քանակին:
«Դերը, որ ֆիզիկական ուժերը խաղում են բջջային վարքագծում, ավելի լավ է հասկացվել վերջին տասը տարիների ընթացքում», - ասում է Չենը, Պենի ճարտարագիտության և կիրառական գիտության դպրոցում բիոինժեներական նորարարության Սկիրկանիչի պրոֆեսորը: «Այժմ մենք գիտենք, որ մեխանիկական սթրեսի տակ գտնվող բջջային կառուցվածքները պարտադիր չէ, որ կոտրվեն, դրանք ամրապնդվում են:Ի տարբերություն պասիվ կպչունության, ինչպիսին է սոսինձը կամ ժապավենը, բջջ-մատրիցան և բջջ-բջջային սոսնձումները, որոնք բջիջներն օգտագործում են որպես հիմքեր՝ միմյանց ամրացնելու համար, հարմարվողական են. երբ նրանք ուժ են զգում, նրանք ավելի ամուր են բռնում»:
Նախկին հետազոտության ընթացքում Չենի թիմը ցույց է տվել, որ բջջային ուժերի մղումն ու ձգումը հանգեցնում է բջիջների ճկմանը, ընդլայնմանը և կծկմանը հյուսվածքների զարգացման ընթացքում: Այս գործընթացները, ի վերջո, ձևավորում են հյուսվածքների ճարտարապետությունը և կարևոր դեր են խաղում բջիջների ազդանշանների, գեների արտահայտման և վարքի համակարգման գործում, և դրանք էական են չափահաս օրգանիզմների վերքերի բուժման և հյուսվածքների հոմեոստազի համար:
Այս հետազոտությունն անցկացրել են Չենը, Չժիջուն Լյուն, Դանիել Մ. Քոհենը, Մայքլ Տ. Յանգը, Նաթան Ջ. Սնյադեցկին և Սամի Ալոմ Ռուիսը Փեն և Ջոն Լ. Թան և Սելեստ Մ. Նելսոնի կենսաճարտարագիտության բաժնից: Ջոնս Հոփկինսի բժշկության դպրոցի։
Հետազոտությունը, որը հրապարակվել է Proceedings of the National Academy of Sciences ամսագրի ընթացիկ համարում, ֆինանսավորվել է Առողջապահության ազգային ինստիտուտի, Նյութերի հետազոտությունների գիտության և ճարտարագիտական կենտրոնի, Ինժեներական բջիջների և ռեգեներացիայի կենտրոնի դրամաշնորհներով: Փենսիլվանիայի համալսարան և Ուիտակեր հիմնադրամ.
