كيف تتحدث الخلايا مع بعضها البعض؟

إن استخدام المستخلصات البيولوجية من أغشية الخلايا لتحضير أسطح المواد الجديدة يفتح نافذة لفهم العلاقات المتبادلة الأساسية بين الخلايا.

تشير مقالتان نشرهما مؤخرًا علماء الفيزياء الحيوية من جامعة أوريغون إلى أن وضع الدهون (الدهون) والمكونات الكيميائية الأخرى من غشاء الخلية على الأسطح قد يؤدي إلى عائلة جديدة تمامًا من المواد التي يتم الحصول عليها من خلال التجميع الذاتي، وهي مواد يمكن استخدامها بدقة مكونات البصريات وتكنولوجيا النانو والإلكترونيات والمستحضرات الصيدلانية المختلفة.

وقال راغوفير بارثاساراثي، الباحث في معهد البيولوجيا الجزيئية في الجامعة، إنه على الرغم من أن النتائج أساسية وأولية فقط، إلا أنها توفر اتجاهات بحثية جديدة فيما يتعلق بفهم الطبيعة على نطاق النانو، وهو المجال الذي يعد فيه اتجاه البروتينات الصغيرة أمرًا بالغ الأهمية. ولاية أوريغون.

في عدد مايو من المجلة العلمية Soft Matter، يصف فريق البحث كيفية وضع مادة بيولوجية - طبقة رقيقة من الدهون من أغشية الخلايا - على كرات زجاجية صغيرة يبلغ قطرها جزءًا من المليون من المتر، من أجل فحص التفاعلات الغروية. .

الغرويات (مدخل ويكيبيديا) هي جزيئات صغيرة منتشرة في السوائل: الحليب والدهانات والعديد من المنتجات الغذائية ومستحضرات التجميل والمستحضرات الصيدلانية. بالمقارنة مع الذرات والجسيمات، فإن المواد الغروية كبيرة الحجم ويعد تحضير المواد الغروية الاصطناعية ذات الخصائص المرغوبة هدفًا مهمًا في مجموعة متنوعة من المجالات التكنولوجية مثل البصريات وتكنولوجيا النانو.

قبل وضع الغشاء البيولوجي عليها، تتنافر الكرات، التي تكون كلها مشحونة سلبيًا، مع بعضها البعض. عندما يتم إرفاق الغشاء بالكرة، تتغير الظروف بشكل حاد. وفجأة، تنجذب الكرات المغلفة إلى بعضها البعض.

ويشير الباحث الرئيسي إلى أن "النتيجة كانت غير عادية". "يجب ألا تجتذب الجسيمات المشحونة تمامًا بعضها البعض. من المسلم به أن العلماء لاحظوا مثل هذه عوامل الجذب في الأنظمة الغروية الأخرى على مدى العقد الماضي، ولكن لم يفهمها أحد حتى الآن. الآن، لدينا أول نظام يمكن من خلاله التحكم في التجاذب بين الجزيئات الغروية ببساطة عن طريق إضافة حديديات مشتقة من أغشية الخلايا البيولوجية. نحن قادرون على ضبط الجذب أو التنافر للمجال بأكمله ببساطة عن طريق تغيير تكوين الغشاء. وهذا الاكتشاف مهم للتطبيقات التكنولوجية ولدراسة الآليات الأساسية للتفاعلات الغروية."

تم الحصول على النتائج باستخدام طريقة الفحص المجهري المقلوب حيث يتم وضع الكرات الزجاجية داخل شعاع ليزر بطول 655 نانومتر ينبعث من صمام ثنائي - وهي طريقة تم تطويرها خصيصًا في هذا المختبر.

ويوضح الباحث أن النتائج تشير إلى أن الأغشية البيولوجية المعدلة خصيصًا، تلك التي يتم دمجها مع مواد اصطناعية جديدة، يمكن استخدامها كـ "مقابض" تحكم خاصة يمكنها توجيه نشاط المواد المختلفة بدقة.

وفي مقال آخر نُشر على الإنترنت في المجلة العلمية Journal of the American Chemical Society (JACS) في بداية شهر يوليو من هذا العام، تعاون نفس الباحثين مع علماء الكيمياء العضوية من جامعة بيركلي في كاليفورنيا من أجل فهم كيفية توجيه الجزيئات المختلفة وتكوينها. تعمل على أغشية الخلايا، تلك الجزيئات المسؤولة عن التفاعلات بين الخلايا.

وقام الفريق البحثي المشترك بإعداد أخاديد صناعية تحاكي بروتينات غشاء الخلية وتشبه نوعا من شعيرات الفرشاة، والتي تحتوي على كاشفات مشعة في نهايتها الخارجية. وتم ربط هذه البوليمرات الصغيرة بأغشية صناعية تم وضعها فوق قطعة من الصفيح تعمل كمرآة، وتتيح إجراء قياسات بصرية دقيقة للاتجاهات المنفصلة.

حدد الفحص المجهري الإلكتروني وجود بروتين سكري صلب يشبه شعيرات الفرشاة، يشبه في تركيبه بروتينات سطح الخلية الطبيعية. تحدث التفاعلات بين الخلايا عندما تبرز هذه الشعيرات من سطح الأغشية، وهي ميزة لا يزال التحكم فيها محدودًا للغاية.

ويوضح الباحث أن النتيجة المفاجئة هي أن الشعيرات التي تحتوي على السكر تبرز مثل الأشجار في الغابة فقط بالنسبة لبعض أجهزة الكشف الإشعاعية، والتي تشكل حوالي اثنين بالمائة فقط من الوزن الإجمالي للمهر.

وكان الاستنتاج الأكثر أهمية من هذه النتيجة هو أنه حتى أصغر تغيير في سطح السطح المعزول يؤثر على اتجاهه، كما يشير الباحث الرئيسي.

ويشير الباحث الرئيسي إلى أن الهدف هو إيجاد طريقة للتحكم في اتجاه الشعيرات بوسائل كيميائية أو بصرية من أجل التحكم في العلاقات المتبادلة بين الخلايا في نهاية المطاف. ويضيف أن هذا التحكم في تحضير المواد الاصطناعية يمكن أن يكون له تطبيقات مهمة جدًا في صناعة الإلكترونيات.

وتقوم مجموعة البحث المذكورة الآن بفحص عينات الحمض النووي. ترتكز على أغشية الخلايا من أجل مقارنة النتائج والتحقق مما إذا كان من الممكن الحصول على خيارات التبديل (التشغيل والإيقاف) للاتجاهات المنفصلة.

يوضح الباحث: "توجد بروتينات تشبه شعيرات الفرشاة على سطح الخلية وهي مهمة للغاية للتفاعلات الخلوية في جهاز المناعة". "على سطح كل خلية توجد "غابة" من البروتينات الخاصة التي تنشط التفاعلات بين الخلايا. ولكي تتمكن هذه البروتينات من تحقيق نشاطها الفعال، فإنها تحتاج إلى الالتصاق بالسطح نفسه. ما هي الآلية الدقيقة التي تسمح لهم بالوقوف أو الانحناء؟ ليس لدينا أي معلومات مؤكدة وفعلية حول ذلك حتى الآن. إن معرفة الجينوم وطبيعة البروتينات أمر مهم بالفعل، لكن هذه المعلومات في حد ذاتها لا تقدم لك إجابات على هذا السؤال المهم".

الخبر من الجامعة