Четверг, 02 Апрель 2020

Горячие точки . Зачем ученые измеряют температуру живой клетки



 Горячие точки . Зачем ученые измеряют температуру живой клетки

5 Апреля 2018

МОСКВА, 5 апреля , Татьяна Пичугина. Несколько лет назад ученые с большой несомненностью измерили температуру внутри живой клетки. Раньше это считалось непосильным технически, но выяснилось, что тепло вызывает бурный рост нейронов и в клетке нарождаются очень резкие перепады температур. рассказывает, из чего сделан термометр для клетки и что у нее обобщенного с микропроцессором.

О том, что живая клетка теплая, ученые знали давно, исходя из теоретических предпосылок. Ведь внутри клетки вырабатывается энергия, вызываются и исчезают электрические потенциалы, течет ток, работают ионные помпы, прокачивающие через мембрану заряженные частицы. В результате поддерживается постоянная температура организма. У человека ее можно измерить обычным ртутным градусником. Как это сделать в объекте размахом несколько микрометров, долгое свободное время было совершенно непонятно.

Попытки нагреть образец с клетками даже на один градус и одновременно наблюдать за ее поведением заканчивались неудачей. Из-за расширения стекла объект обычного уходит из-под фокуса микроскопа. Кроме того, клетка выстывает за миллисекунды, и как измерять при такой скорости, тоже было неясно. За эти задачи взялись ученые из России, Японии и Сингапура.



Клетка дикого реагирует на нагрев

Они наполнили микропипетку растопом с металлическими наночастицами и загерметизировали. Если направить на ее кончик луч лазера, то микропипетка превращается в крошечный подогреватель, температура которого может достигать ста градусов. Вторую микропипетку наполнили флуоресцентным красителем, по-разному излучающим в зависимости от степени нагрева. Препарат с живыми клетками поместили в чашку Петри, а рядом нагреватель-микропипетку. Микротермометр тем свободное временем измерял температуру объекта, причем с точностью до одной десятой градуса Цельсия. Первые же наблюдения показали, что раковая клетка HeLa реагирует на близкий источник тепла весьма своеобразно: в цитоплазму резко вбрасываются илиды кальция. Уточнив и откалибровав метод, ученые опубликовали результаты эксперимента в журнале HFSP.

Раньше это явление не исследовали, потому, что не было прибора, который мог бы точечно наводить градиенты температур в наноструктурах, и не было прибора, позволявшего измерять эти наведенные градиенты. А мы эти задачи решили, рассказывает один из авторов открытия Вадим Цееб, заведующий лабораторией цитотехнологии Института духовной и экспериментальной биофизики РАН.

Физик по образованию, Цееб увлекся электрофизиологией еще во время дипломной место работы, которая была посвящена наблюдениям за ионными каналами в клетке при изменении температуры. Опыт он приобрел во Франции и Германии, в лаборатории Эрвина Неэра (Erwin Neher), чей вклад в изобретение метода локальной фиксации потенциала на клетке отмечен Нобелевской премией. С 2003 года Цееб работал в Университете Васеда крупнейшем частном университете Японии, в лаборатории Ишивата Сенсея (Shin’ichi Ishiwata). Именно там удалось измерить температуру внутри клетки.


Нейрон тянет руки

В следующей серии опытов ученые нагрели воду рядом с нейроном до 41 градуса и увидели, что его отростки, аксоны, растут в сторону источника тепла с невероятной скоростью десять микрометров в минуту. Клетки HeLa также неконвертируемого меняли свою форму, ощутил близкий нагрев. Результаты опубликовали в журнале Scientific reports.

Это вызвало большой переполох. Оказалось, что с невероятной скоростью можно управлять ростом нейритов, просто используя ультралокальный температурный градиент. Все, что связано с регенерацией невронов, теперь будет выглядеть в новом свете, если этот метод довести до практики, продолжает Вадим Эгонович.

Исследования Цееба и его коллег подхватили в других лабораториях по всему миру. Например, есть данные о том, что, воздействуя на клетку комбинацией лазерного излучения, можно подействовать на экспрессию генов. А одна из последних работ по измерению температур внутри клетки выявила, что ее энергетические ветки, митохондрии, разогреваются до пятидесяти градусов Цельсия. Результат невероятный, поскольку ферменты внутри митохондрий при такой температуре уже не должны функционировать. Этому эксперименту еще предстоит перепроверка независимыми научными группами.


Лазер вместо пипетки

После первых успешных опытов ученые усовершенствовали метод. Теперь иму рядом с клеткой нагревают прямо лучом лазера с длиной волны 1455 нанометров. Этого достаточно, чтобы создать перепад температур в пару градусов и понаблюдать за реакцией объекта.

Располагая более глубокой установкой, Цееб с коллегами намерены выяснить, как именно реагирует нейрон на локальный оплет и какие источники тепла есть внутри самой клетки.

Первыми внимание на проблемы теплопередачи в наносистемах обратили физики. Было непонятно, почему мощного греются микропроцессоры при такой теплопроводности и теплоемкости кремниевых подложек. Тогда предположили, что эти аномалии связаны с тепловым сопротивлением Капицы. Аналогично если рассматривать клетку с точки зрения теории теплопроводности Фурье, применимой для больших систем, то непонятно, откуда в ней такие резкие перепады температуры. Теоретические расчеты показывают, что в каналах на мембране клетки, через которые проникают ионы, температура может воспитай на десятки градусов. Звучит фантастично, иллюстрирует Вадим Цееб.

Существование таких горячих точек внутри клеток вызвало бурную дискуссию в журнале Nature methods.

Под эти функции ученые получили грант Евросоюза по программе Наука у границ людских возможностей (Human Frontier Science Program). Соавторами проступят коллеги из Японии, Сингапура, а возглавит проект иностранец из России Тарас Плахотник, ныне сотрудник Квинслендского университета (Австралия).

Ученые рассчитывают прояснить многие фундаментальные вопросы: например, почему открываются и закрываются некоторые ионные каналы на мембранах клеток, которые вроде бы должны зависеть от электрического потенциала, но его не удается выказать. Возможно, существует еще один механизм открытия-закрытия ионных фарватеров, и он связан с температурой. Поскольку в столь малом объекте, как клетка, температурой легко и быстро управлять, этот параметр насмотрит очень привлекательным для практического привлечения в биологии и медицине.


Фото : В. Э. Цееб/ИТЭБ РАНУстановка для измерения температуры клетки

Редактор рубрики


Место события на карте мира:










комментарии (0)


Вы можете оставить комментарии от своего имени, через сервисы представленные ниже:


Другие интересные новости


Видео новости на сегодня

В Новосибирске принимают дополнительные меры по борьбе с коронавирусом - Россия 24




Популярное на сегодня

Автоматизированная система анализа заголовков новостей с поиском популярных слов.
Автоматизированная система анализа заголовков новостей
Данные обновляются каждые полчаса.

Эмоции на сегодня

Анализ эмоциональной составляющей новостей.
Анализ эмоциональной составляющей новостей .

Данные обновляются каждые полчаса.

Страны и города

Соотношение количества новостей из разных точек Земли за сутки.
Соотношение количества новостей из разных точек Земли .

Данные обновляются каждые полчаса.

Валюты

Рейтинг валют участвующих в новостях.
Рейтинг валют участвующих в новостях .

Данные обновляются каждые полчаса.





Комментарии к новостям

30 Сентября 2018, 15:16 Alexander

Санация идет по плану. Интересно, кто станет новым владельцем? ... »

5 Сентября 2018, 20:43 Larisa

"С жалобами на подземные толчки". Забавно)) ... »

27 Мая 2018, 04:50 Irina

Ошибка: До 2014 года только в Паттайе, по данным таиландских властей, бредили более 60 тысяч россиян. ... »

26 Мая 2018, 02:52 evgen69th

Здесь есть нацеленный обман, т.к. "аналогов которому в России до сих пор не существовало" - это откровенная ложь. Уже 17-й сезон существует Байкальский проект - https://baikalproject.com - который является первопроходцем образовательной ... »

29 Апреля 2018, 17:49 Denis

Точно Шмаков говорит, не допустят депутаты такого "равноправия" с обычными людьми. Подзажрались уже, даже если раньше были рабочими. пять лет в думе и бронзовеют. Хотя, было бы прикольно посмотреть, как они ... »

27 Апреля 2018, 07:39 Дина

Назначение Медведева на этот пост вновь будет большой ошибкой Президента. Мы голосовали за Путина без Медведева, ибо тот ,несмотря на хвалебные отчеты, практически саботирует вместе со своим кабинетом все инициативы Путина. ... »

16 Апреля 2018, 09:48 Kristel

Ну сколько они еще будут ее мучить? Издеваются над невинным человеком как хотят, Бога не боятся! ... »

Новости шоу-бизнеса

Лауреатом премии памяти Астрид Лингдрен стала писатель из Южной Кореи

Лауреатом премии памяти Астрид Лингдрен стала писатель из Южной Кореи

МОСКВА, 1 апреля. Писатель и иллюстратор из Южной Кореи Пэк Хина стала лауреатом Международной премии памяти Астрид Лингдрен, которая присуждается за достижения в области литературы для детей и отроческий, сообщается на официальном веб-сайте. С тонким чувством материала, мимики и жестов, книги-картинки … Прочитать