Физические методы помогают глубже понять аспекты перемещения биологических клеток. Группа Тайваньских ученых предложила методику для исследования волн, возникающих на поверхности клеток; реализация метода на практике позволила получить количественные характеристики, подтверждающую разработанную ранее теорию.

Один из аспектов процесса заживления ран – перемещение особых клеток в нашей коже. Наблюдения показывают, что клеткам, склонным к перемещению, свойственны необычные механические колебания, возникающие на поверхности.

Над наблюдением поверхностных волн в биологических клетках, способных к перемещению, параллельно работает несколько исследовательских групп. Движение таких клеток во многом напоминает поведение амебы: клетка сначала выпускает вперед несколько «щупалец», после чего «подтягивает» вслед за ними остальное «тело». Волны проходят по поверхности клетки в тот момент, когда «щупальца» прикрепляются к очередной точке. В биохимических процессах перемещения клетки разобраться достаточно сложно, однако, некоторые исследователи полагают, что поверхностные волны являются логической составляющей этого процесса. Многие считали, что волны являются «побочным» продуктом белков цитоскелета, определяющего форму клетки и параметры ее движения.

Гибкая мембрана биологической клетки, как на распорках, держится на отдельных нитях полимеризованного белка актина. Выпускание «щупальцев» начинается с того, что белки, вызывающие полимеризацию актина (т.к. формирование нитей), концентрируются в какой-то области на поверхности клетки, где они формируют дополнительную нить. В конечном итоге белок миозин, соединяющий нити актина, вызывает крупномасштабное сокращение «щупальца», которое как бы «подтягивает» клетку вслед за ним.

Последние исследования показали, что волны на поверхности клетки и выпускаемых ею «щупалец», - это отражение процесса перемещения в миниатюре. Созданная биологами теоретическая модель волновых процессов не просто описывала качественно последовательность появлений и прекращений колебаний, но и предсказывала определенные частоты и амплитуды волн на поверхности клеток. Увы, но из-за отсутствия подходящего инструментария до сих пор никто не мог точно измерить эти параметры на практике.

Группа ученых из Тайваня предложила собственную методику по наблюдению и измерению параметров этих колебаний. Отчет о своей работе ученые опубликовали в журнале Physical Review Letters. Технология, получившая название неинтерференционной широкопольной оптической профилометрии (non-interferometric wide-field optical profilometry, NIWOP), подразумевает фиксацию света, отраженного от образца, когда сам образец размещен слегка не в фокусе. Волны (изменения высоты поверхности) в данном случае отображаются как изменения интенсивности отраженного света.

В качестве объекта исследований были выбраны клетки человеческой кожи, так называемые фибробласты, мигрирующие для затягивания ран. Измерения проводились на 23 различных клетках и дали одну и ту же амплитуду колебаний – 300 нанометров. Согласно теории, скорость распространения волн зависит от концентрации миозина; такой же результат был получен и на эксперименте. Было подтверждено и ожидаемое соотношение между частотой, амплитудой и длиной волн.

Полученные доказательства показывают, что относительно простой модели вполне достаточно, чтобы объяснить, казалось бы, столь сложное явление. Однако, работы в этом направлении будут продолжаться.