Δημιουργία κυμάτων:Οι ερευνητές ρίχνουν φως στο πώς λειτουργούν οι Cilia

(Phys.org) - Οι κυτταρικές δομές που ονομάζονται Cilia διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο σε μια ποικιλία σωματικών λειτουργιών, συμπεριλαμβανομένης της κίνησης ρευστών, στην ανίχνευση του περιβάλλοντος και της κυτταρικής σηματοδότησης. Οι ερευνητές ενδιαφέρονται εδώ και πολύ καιρό για την κατανόηση του τρόπου λειτουργίας του Cilia, αλλά η πολύπλοκη δομή και η συμπεριφορά τους τους έχουν κάνει δύσκολους να μελετήσουν.

Τώρα, οι ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, Santa Barbara έχουν αναπτύξει έναν νέο τρόπο να μελετήσουν το Cilia χρησιμοποιώντας μικροσκοπία υψηλής ταχύτητας. Τα ευρήματά τους, που δημοσιεύονται στο περιοδικό Elife, παρέχουν νέες ιδέες για τη μηχανική της Cilia και πώς παράγουν κίνηση.

"Cilia είναι αυτές οι μικρές δομές που μοιάζουν με τρίχες που ξεχωρίζουν από την επιφάνεια των κυττάρων", δήλωσε η Melissa Zhang, ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης και ένας μεταπτυχιακός φοιτητής στο Τμήμα Μοριακής, Κυτταρικής και Αναπτυξιακής Βιολογίας στο UC Santa Barbara. "Είναι πραγματικά σημαντικά για πολλές διαφορετικές λειτουργίες, αλλά δεν καταλαβαίνουμε πλήρως πώς λειτουργούν".

Μία από τις κύριες προκλήσεις στη μελέτη της Cilia είναι ότι είναι πολύ μικρές, συνήθως μόνο λίγα μικρομέτρια σε μήκος. Αυτό καθιστά δύσκολο να τους δούμε σαφώς χρησιμοποιώντας παραδοσιακές τεχνικές απεικόνισης. Για να ξεπεραστεί αυτή η πρόκληση, ο Zhang και οι συνάδελφοί της χρησιμοποίησαν έναν εξειδικευμένο τύπο μικροσκοπίας υψηλής ταχύτητας που ονομάζεται μικροσκοπία διαφορικής παρεμβολής (DIC).

Η μικροσκοπία DIC χρησιμοποιεί πολωμένο φως για να δημιουργήσει μια εικόνα υψηλής αντίθεσης του δείγματος. Αυτό επέτρεψε στους ερευνητές να απεικονίσουν τα cilia με πολύ μεγαλύτερη λεπτομέρεια από ό, τι ήταν προηγουμένως δυνατή.

Εκτός από τη χρήση μικροσκοπίας DIC, οι ερευνητές ανέπτυξαν επίσης έναν νέο τρόπο για να προετοιμάσουν τα cilia για απεικόνιση. Χρησιμοποίησαν μια τεχνική που ονομάζεται Super Resolution φωτοενεργοποιημένη μικροσκοπία εντοπισμού (PALP) για να επισημάνει τα κέλυφος με φθορίζοντα μόρια. Αυτό τους επέτρεψε να παρακολουθήσουν την κίνηση του Cilia με την πάροδο του χρόνου.

Χρησιμοποιώντας αυτές τις νέες τεχνικές, οι ερευνητές μπόρεσαν να κάνουν αρκετές σημαντικές ανακαλύψεις για το Cilia. Διαπίστωσαν ότι η Cilia αποτελείται από μια σειρά επαναλαμβανόμενων μονάδων που ονομάζονται axonemes. Κάθε άξονα αποτελείται από ένα διπλό μικροσωληνίσκων, το οποίο είναι ένα ζευγάρι μικροσωληνίσκων που συνδέονται μεταξύ τους.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν επίσης ότι η Cilia κινείται με κύμα. Τα κύματα παράγονται από τους διπλούς μικροσωληνίσκους, τα οποία κάμπτονται και ισιώνουν με συντονισμένο τρόπο.

"Ήμασταν σε θέση να δούμε ότι η Cilia κινείται με πολύ συγκεκριμένο τρόπο", δήλωσε ο Zhang. "Λυγίζουν και ισιώνουν σε ένα κύμα μοτίβο, και αυτό είναι που δημιουργεί την κίνηση του υγρού."

Τα ευρήματα των ερευνητών παρέχουν νέες ιδέες για τη μηχανική της Cilia και τον τρόπο με τον οποίο παράγουν κίνηση. Αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει σε καλύτερη κατανόηση μιας ποικιλίας ασθενειών που σχετίζονται με δυσλειτουργία της Cilia, όπως η πρωτογενή ακτινωτική δυσκινησία (PCD) και η πολυκυστική νεφρική νόσο (PKD).