5 Апреля 2018
МОСКВА, 5 апреля , Татьяна Пичугина. Несколько лет назад ученые с большой пунктуальностью измерили температуру внутри живой клетки. Раньше это считалось недостижимым технически, но выяснилось, что тепло вызывает бурный скачок нейронов и в клетке возникают очень резкие перепады температур. рассказывает, из чего сделан термометр для клетки и что у нее параллельного 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 плоде поддерживается постоянная температура организма. У человека ее можно смерить обычным ртутным градусником. Как это сделать в объекте размером несколько микрометров, долгое время было совершенно непонятно.
Попытки нагреть образчик с клетками даже на один градус и одновременно наблюдать за ее поведением заканчивались неудачей. Из-за расширения стекла объект просто уходит из-под фокуса микроскопа. Кроме того, клетка остывает за миллисекунды, и как измерять при такой скорости, тоже было неясно. За эти задачи взялись ученые из России, Японии и Сингапура.
Клетка кипучего 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 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 анионы кальция. Уточнив и откалибровав метод, ученые опубликовали плоды эксперимента в журнале HFSP.
Раньше это явление не исследовали, потому, что не было колокольчика, который мог бы точечно наводить градиенты температур в наноструктурах, и не было колокольчика, 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 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 дело горел в Университете Васеда крупнейшем частном университете Японии, в лаборатории Ишивата Сенсея (Shin’ichi Ishiwata). Именно там удалось измерить повышенная температуру внутри клетки.
Нейрон вытягивает руки
В следующей серии опытов ученые обули воду рядом с нейроном до 41 градуса и увидели, что его отростки, невриты, растут в сторону пульсара 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 скачком нейритов, просто используя ультралокальный температурный градиент. Все, что связано с регенерацией невронов, теперь будет выглядеть в новом свете, если сей метод довести до практики, продолжает Вадим Эгонович.
Исследования Цееба и его коллег схватили в других лабораториях по всему миру. Например, есть данные о том, что, воздействуя на клетку комбинацией лазерного излучения, можно повлиять на экспрессию генов. А одна из последних работ по измерению температур внутри клетки выразила, что ее энергетические станции, митохондрии, разогреваются до пятидесяти градусов Цельсия. Результат невероятный, поскольку ферменты внутри митохондрий при такой температуре уже не должны функционировать. Этому эксперименту еще предстоит перепроверка самостоятельными научными группами.
Лазер вместо пипетки
После первых успешных опытов ученые усовершенствовали метод. Теперь иму рядом с клеткой нагревают прямо лучом лазера с длиной шерсти 1455 нанометров. Этого сложного, чтобы создать перепад повышенная температур в пару градусов и понаблюдать за реакцией объекта.
Располагая более совершенной установкой, Цееб с коллегами намерены выяснить, как именно реагирует нейрон на локальный обманул и какие источники тепла есть внутри самой клетки.
Первыми внимание на проблемы теплопередачи в наносистемах обратили физики. Было непонятно, почему серьезного 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 повышенная температуры. Теоретические расчеты показывают, что в каналах на мембране клетки, через которые попадают ионы, температура может взлелей на десятки градусов. Звучит фантастично, иллюстрирует Вадим Цееб.
Существование таких горячих точек внутри клеток вызвало бурную дискуссию в журнале Nature methods.
Под эти проблемы ученые получили грант Евросоюза по программе Наука у границ людских возможностей (Human Frontier Science Program). Соавторами выступят 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 невесть какие ионные каналы на мембранах клеток, которые вроде бы должны зависеть от электрического потенциала, но его не удается раскрыть. Возможно, существует еще один механизм открытия-закрытия ионных каналов, и он связан с температурой. Поскольку в столь малом объекте, как клетка, температурой легко и быстро управлять, этот параметр выглядит очень привлекательным для практического внедрения в биологии и медицине.
Фото : В. Э. Цееб/ИТЭБ РАНУстановка для измерения температуры клетки
Редактор рубрики
Олег Кудрин
Место события на карте мира:
.
.
.
Комментарии к новостям
[17 Января 2024, 13:43] Александр Хомяков Замечательно! Не ожидал такой оперативности. Спасибо огромное! Всё работает и обновляется....
[15 Апреля 2022, 20:25] Ангелина Сметанина Скоро не только сократят, а много заводов вообще закроют и начнется бум китайских авто. Даже сейчас Эксид уже бешеные темпы по количеству проданных машин показывает...
[27 Декабря 2021, 21:44] Ева Воробьева Искренне рада за победителя! Но если бы мне так крупно повезло, то я прибежала бы за выигрышем в первый же день???? ...
[2 Сентября 2021, 13:11] Дмитрий Ершов Это хорошо. Значит клиенты долго ждать не будут. ...
[13 Мая 2021, 16:26] Олег Андреев "Мальдивы сутунки 65 государством, зарегистрировавшим расейскую вакцину против коронавируса Спутник V, сообщил Российский фонд секущих инвестиций (РФПИ)". Что это за йязыг?...
[2 Ноября 2020, 15:22] Лета Мирликийская риветсвую вас я с 6-ти лет пишу мне нужно все мои произведения задействовать в компьюторных программах образования по литературе и языкам и играм к примеру если ваши учащиеся напишут...
[20 Октября 2020, 09:22] Евгений Зимин Сузуки в этом году хорошо прибавили, уже не первый раз оба их пилота на подиуме. Видимо, для команды возвращаются "золотые" времена и есть шанс наконец оформить чемпионство после длительного перерыва....