Исследователи Университета Пеннсильвании (University of Pennsylvania) впервые проследили и измерили реакцию отдельной клетки на внешнее воздействие.

Для этого ученые создали наноразмерную систему индивидуальных сенсоров и магнитных головок, представляющую собой матрицу из микромассивов кобальтовых нановискеров, располагающихся между немагнитными микрокантилеверами. На этой матрице культивировались клетки таким образом, чтобы над каждым массивом вискеров оказалось по одной клетке. Для изучения биомеханической реакции клеток, ученые прикладывали небольшую силу к каждой отдельной клетке: в магнитном поле магнитные контакты, образованные массивами вискеров, создавали внешнее локализованное механическое воздействие на клетки, культивированные на них. Немагнитные опоры служили в качестве сенсоров, измеряющих силы натяжения клеточной оболочки в разных точках клетки.

Оказалось, что на внешнее воздействие клетки реагировали либо резким падением сокращаемости в пределах первой минуты стимуляции, либо ее постепенным уменьшением в течение нескольких минут. В обоих случаях потеря тянущих сил происходила не в прилегающей к точке воздействия области клетки и не распределялась по всей клетке. Вместо этого она происходила в дискретных локализованных периферийных областях клетки, сильно удаленных от места контакта. Это говорит о том, что клетки корректируют свое внутреннее давление в соответствии с механическими силами, возникающими в их ближайшей окрестности, раскрывая важную динамическую биологическую связь между внутриклеточными и внешними силами.

Крис Чен, профессор отделения Биоинженерии Института Прикладной Науки Пеннсильвании, говорит, что такая микроадаптация клеток может быть вызвана либо биохимической реакцией, либо реакцией непосредственно цитоскелета.

Механические силы влияют на многие функции клеток, включая экспрессию генов, пролиферацию и дифференциацию. Физические силы играют важную роль в том, как растут и функционируют ткани. Например, прикладывая касательное или растягивающее напряжения к культуре клеток, можно вызвать изменения в регуляции клеточной адгезии и других межклеточных взаимодействиях.

Сходство реакций клетки на внешние и внутренние воздействия свидетельствует о том, что для перевода механической стимуляции в биохимические сигналы в обоих случаях используются один и тот же механизм механотрансдукции. Хотя они могут действовать на клетки независимо, группа ученых из Университета Пеннсильвании доказала, что внутриклеточные и внешние силы взаимосвязаны.