תובנות חדשות בנוגע לצמיגות של תאים סרטניים

מולקולות חלבון קטנות כמעט ולא “חשות” את צמיגות הציטופלסמה במהלך תנועתם בתוככי התא. חוקרים מהמכון לכימיה פיסיקלית באקדמיה למדעים הפולנית הראו כי ניתן לתאר את ההתנהגות הזו באופן כוללני עבור תופעות תלויות-צמיגות בתמיסות מסוגים שונים ובקני-מידה נפרדים. התגלית שימשה עבור מחקרים בנוגע לציטופלסמה של תאים סרטניים.

החוקרים, מהמכון לכימיה פיסיקלית באקדמיה למדעים הפולנית, מתארים את השינויים בצמיגות באורח פיסיקאלי עקבי, כנמדד בתמיסות שונות ע”י גלאים בעלי גדלים המשתרעים מננומטרים למיקרומטרים. הממצאים פורסמו בכתב-העת המדעי Nano Letters. “שיפרנו את הנוסחאות ואת המסקנות הקודמות שלנו כך שתתארנה בהצלחה מספר רב יותר של מערכות, לרבות התיאור הראשון אי-פעם של צמיגות הציטופלסמה בתאים סרטניים,” אומר פרופסור Robert Hołyst.

הפרסום המדעי הראשון אי-פעם שהתייחס לצמיגות של מערכות נוזליות מורכבות היה מאמר של אלברט אינשטיין משנת 1906. בשנים שלאחר מכן, הופיעו ראיות מעניינות בנוגע לצמיגות הציטופלסמה של תאים ביולוגיים. ראיות אלו הצביעו על כך שלמרות הצמיגות הגבוהה הקיימת בציטופלסמה, הניידות של חלבונים קטנים בה גבוהה – מהירות הגבוהה במספר סדרי גודל מאשר המהירות המחושבת.

החוקרים מהמכון לכימיה פיסיקלית באקדמיה למדעים הפולנית הצליחו לתאר את השינויים בצמיגות באמצעות נוסחה אחת הכוללת מספר מקדמים בעלי מאפיינים פיסיקאליים זהים. המקדמים מספקים תיאור הן עבור התווך הנוזלי (המלא, לדוגמא, ברשת של פולימרים ארוכי-שרשרת או צברי מולקולות) והן עבור הגלאי (דהיינו, מולקולת חלבון) הנע בתוככי התווך. לנוסחה החדשה יש חשיבות אוניברסלית והיא ניתנת לשימוש עבור גלאים בקשת של גדלים, החל מננומטרים ועד סנטימטרים.

במאמרם, החוקרים השתמשו בנוסחה החדשה על-מנת לתאר את התנועה של מקטעי דנ”א וחומרים אחרים בתאי עכברים בריאים ובתאים סרטניים אנושיים. “הצלחנו להראות כי צמיגות הנוזל בתא תלויה למעשה לא רק במבנה התוך-תאי אלא גם בגודלו של הגלאי המשמש במדידות הצמיגות,” מציין אחד מהשותפים למחקר.

החוקרים מדדו את הפרמטר המגביל עבור צמיגות – חלבונים הקטנים בגודלם ממידת אורך זו נעים בחופשיות בתא. עבור התאים הבריאים גודל זה היה 7 ננומטרים ועבור התאים הסרטניים – 5 ננומטרים. פרמטר נוסף המשפיע על התנועה הינו הרדיוס ההידרודינמי של הנוזל. פרמטר זה חשוב מאחר וגלאים הגדולים מהרדיוס ההידרודינמי חווים צמיגות מקרוסקופית. נמצא כי בתאים הסרטניים הצמיגות המקרוסקופית הופיעה עבור גלאים שאורכם גבוה מ- 350 ננומטרים, בעוד שעבור התאים הבריאים האורך היה 120 ננומטרים בלבד. “המחקר שלנו הוליד שיטה חדשנית לאפיון מבנה התא – באמצעות מדידת הצמיגות של הציטופלסמה,” מדגיש החוקר הראשי.

ממצאי המחקר יוכלו לאפשר לחוקרים לאמוד באופן יעיל יותר את זמן התנועה של תרופות המוכנסות לתאים, ויוכלו להיות מיושמים גם בתחומי הננוטכנולוגיה, למשל, בייצור של ננו-חלקיקים עם תמיסות מיצלריות. ממצאי המחקר הם בעלי חשיבות גם עבור שיטות מדידה מתקדמות, כגון פיזור אור דינמי, המאפשר לבחון תרחיפי מולקולות כתלות בגודל שלהן.

הידיעה על המחקר