تساعد أغشية الخلايا في تصنيع المواد

أغشية الخلايا قادرة على تحمل مستويات عالية من التمدد والانحناء، ولكن في الآونة الأخيرة فقط بدأ العلماء في تقدير التنظيم والوظائف المفيدة الموجودة داخل هذه الأغشية بشكل صحيح. تحاول مجموعة بحثية متعددة التخصصات استغلال هذه المبادئ لتطوير أنظمة اصطناعية تتكون من أغشية بسيطة وسوائل معقدة

[ترجمة د.نحماني موشيه]
أغشية الخلايا قادرة على تحمل مستويات عالية من التمدد والانحناء، ولكن في الآونة الأخيرة فقط بدأ العلماء في تقدير التنظيم والوظائف المفيدة الموجودة داخل هذه الأغشية بشكل صحيح. تحاول مجموعة بحثية متعددة التخصصات استغلال هذه المبادئ لتطوير أنظمة اصطناعية تتكون من أغشية بسيطة وسوائل معقدة.

تتكون جميع الخلايا في العالم الحي في الواقع من "بالونات" ناعمة مملوءة بالماء والبروتينات والحمض النووي، وتحيط بها أغشية زيتية. تتحمل هذه الأغشية مستويات عالية من التمدد والانحناء، ولكن في الآونة الأخيرة فقط بدأ العلماء في تقدير التنظيم والوظائف المفيدة الموجودة داخل هذه الأغشية بشكل صحيح. تحاول مجموعة بحثية من جامعة ويسكونسن ماديسون الاستفادة من هذه المبادئ في الأنظمة الاصطناعية التي تتكون من أغشية بسيطة وسوائل معقدة. تكشف نتائج البحث، التي نُشرت مؤخرًا في المجلة العلمية Proceedings of the National Academy of Sciences، أن العوامل التي لم يتم تقديرها سابقًا يمكن أن تشكل المواد اللينة مثل الأغشية البيولوجية. يقول الباحث الرئيسي: "ما نحاول القيام به هو الاستفادة من مبادئ التصميم الموجودة داخل البكتيريا ومعرفة ما إذا كان من الممكن ترجمتها إلى أنظمة اصطناعية".

وكان الباحثون يعتقدون سابقًا أن الضغط الذي تقف تحته الأغشية يلعب دورًا مهمًا في الطريقة التي تتحكم بها الكائنات الحية في تركيبات المواد الموجودة في مناطق مختلفة على سطح خلاياها. على سبيل المثال، بحثت إحدى الأوراق البحثية في كيفية قيام الطاقات المرنة الغشائية بدفع مكونات خلوية محددة إلى حواف الخلايا البكتيرية. وكجزء من بحثهم، أنشأ العلماء غلافًا اصطناعيًا صغيرًا يعرف باسم الحويصلة، والذي يتكون من مواد مشابهة للأغشية التي تحيط بالخلايا الحية. تعتبر المجالات الصغيرة بمثابة تقريب للأغشية البيولوجية، دون وجود آليات داخلية معقدة أو مكونات خارجية تشوه نتائج البحث. ومن أجل تقليص الكرات الغشائية والضغط عليها وبذل الجهد عليها، قام الباحثون بغمر المواد في سائل بلوري سائل خاص. البلورات السائلة، مثل تلك المستخدمة عادة في شاشات الساعات الرقمية، يمكن أن توجد في حالات مختلفة. مثل معظم السوائل، تتحرك المكونات الموجودة بداخلها بحرية في جميع الاتجاهات. وفي الوقت نفسه، عند درجات حرارة معينة أو ظروف كهرومغناطيسية معينة، تتبنى الجزيئات التي تشكل البلورة السائلة نفس الاتجاه، مما يؤدي إلى وضع تواجه فيه جميعها نفس الاتجاه.

واكتشف الباحثون أن التغير في حالة البلورة السائلة، التي كانت فيها الكريات الزيتية التي تحاكي الأغشية البيولوجية، تسبب في حدوث تشوهات في تلك الكريات. ومع ذلك - لم تتفاعل جميع الأجسام الشبه الكروية بنفس الطريقة. وبينما ظلت الكرات الأكبر في شكلها الأصلي، تقلصت الكرات الأصغر حجمًا وأصبحت أكثر تسطحًا، مثل كرة القدم. يقول الباحث الرئيسي: "بشكل عام، عندما نفكر في الأغشية، فإننا نشير بشكل أساسي إلى القوى المتعلقة بالمرونة". "ومع ذلك، فقد تبين أن قدرة الأغشية على الانحناء لا علاقة لها بأشكالها." وخلافًا للتوقعات، فإن التنافس بين التوتر السطحي ومرونة البلورة السائلة يتسبب في تشوه الكريات، بغض النظر عن الصلابة الأصلية أو مرونة أغشية الخلايا. "لم نعتقد في أي وقت حتى الآن أن التوتر السطحي سيكون ذا صلة كجزء من حل هذا اللغز." ويأمل الباحثون في مواصلة معرفة مصدر التوتر السطحي للنظام الجاري اختباره. بالإضافة إلى ذلك، فإنهم يعتزمون التحقق مما إذا كانت هناك قوى مماثلة يمكن أن تؤثر على المكونات الموجودة داخل الأغشية.

ملخص المقال

أخبار الدراسة