Человеческое тело — это настоящее клеточное шоссе
Наше тело состоит из примерно 37 триллионов клеток, которые перемещаются и выполняют все жизненно важные функции: от усвоения питательных веществ и преобразования их в энергию до заживления царапин.
Во многом клетки получают команды от электрических полей, влияющих на их функции.
Новое исследование
Новые данные, полученные в Хьюстонском университете, свидетельствуют о том, что клетки невероятно чувствительны к электрическим полям — гораздо более чувствительны, чем предполагают старые научные теории.
Профессор Яшашри Кулкарни, профессор кафедры машиностроения и аэрокосмической инженерии в Хьюстонском университете, в статье, опубликованной в «Proceedings of the National Academy of Sciences», сообщает: «Наше исследование ставит под сомнение устоявшиеся представления об ограничениях клеточного электрического восприятия и объясняет, как клетки обнаруживают электрические поля с поразительной чувствительностью». Кулкарни руководила работой аспиранта Ананда Матэва, который возглавлял исследование.
Десятилетия заблуждений
На протяжении десятилетий учёные считали, что клетки не могут обнаруживать очень слабые электрические поля из-за «теплового шума» — крошечных случайных движений, вызванных теплом. Это всё равно что пытаться услышать шёпот во время рок-концерта: фоновый шум заглушает его. Учёные полагали, что этот «порог шума» ограничивает то, что клетки могут воспринимать.
Исследование Кулкарни и Матэва предлагает новое объяснение: активное вещество в клеточной мембране может вывести систему из равновесия, обеспечивая повышенную электрическую чувствительность.
«Биологические мембраны не пассивны, — говорит Кулкарни. — В них встроены активные белки и другие компоненты, которые непрерывно потребляют энергию, создавая динамическую неравновесную среду. Наши результаты показывают, что эти активные процессы могут фундаментально изменить то, как клетки реагируют на механические и электрические стимулы».
Новая теоретическая модель
Исследователи создали новую теоретическую модель, используя неравновесную статистическую механику — раздел науки, изучающий системы, постоянно использующие энергию. Новая модель помогает объяснить, как электромеханические мембраны в клетках движутся и изменяются в своей активной, насыщенной энергией среде.
Их анализ показывает, что эти энергоёмкие процессы могут привести к значительному повышению электрической чувствительности, предлагая теоретическую модель, которая согласуется с экспериментальными наблюдениями во многих биологических системах.
«Понимание того, как клетки могут активно реагировать на окружающую среду, может помочь в разработке медицинских устройств нового поколения, биосенсоров и методов лечения различных заболеваний», — сказал Матэв. «Используя концепцию активного вещества, мы можем начать создавать системы, которые имитируют или даже превосходят сенсорные возможности, встречающиеся в природе».
Предоставлено Хьюстонским университетом.