Учёные НИТУ МИСИС и МГУ им. М. В. Ломоносова разработали метод, который позволяет воздействовать на отдельные участки живых клеток мозга и наблюдать в реальном времени, как меняются их свойства. Исследователи выяснили, что нейроны и вспомогательные клетки нервной системы по-разному реагируют даже на очень слабое механическое воздействие.
Нервные клетки восприимчивы не только к химическим и электрическим сигналам, но и механическим воздействиям при травмах и различных заболеваниях. Однако механизмы, с помощью которых клетки распознают и обрабатывают подобные сигналы, до сих пор слабо изучены.
«Коллектив исследователей Университета МИСИС под руководством доктора физико-математических наук Александра Ерофеева на протяжении ряда лет занимается созданием инновационных технологий для медицины. Учёные разработали новый метод изучения клеток мозга, в основе которого — сканирующая ион-проводящая микроскопия, где с помощью сверхтонкого стеклянного нанокапилляра можно воздействовать на отдельные участки с высокой точностью — вплоть до десятков нанометров. При этом инструмент не повреждает клетку и оценивает, как меняются её свойства в реальном времени. Технология открывает новые возможности для исследования механизмов работы нервной системы, а в перспективе может использоваться для изучения последствий черепно-мозговых травм, нейродегенеративных заболеваний и процессов восстановления нервной ткани после повреждений», — рассказала ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.
Учёные провели эксперименты на нейронах гиппокампа — области мозга, отвечающей за память и обучение, а также на астроцитах — клетках, которые обеспечивают поддержку и защиту нейронов. Исследователи локально воздействовали на разные части клеток и отслеживали их реакцию.
«Оказалось, что клетки нервной системы реагируют на механическое воздействие по-разному. Если стимулировать тело клетки, она становится более жёсткой. Такая реакция связана с перестройкой внутреннего клеточного каркаса. При воздействии на отростки нейронов подобных изменений обнаружено не было. Астроциты продемонстрировали ещё более сложное поведение. Воздействие на центральную часть клетки приводило к её временному размягчению, тогда как стимуляция отростков, наоборот, повышала жёсткость. Это значит, что разные клетки нервной системы умеют „фильтровать“ физические сигналы: метаболический центр нейронов надёжно защищен от случайных сотрясений, а тонкие отростки астроцитов, напротив, сверхчувствительны к локальным прикосновениям, что критически важно для восприятия внешних стимулов», — сказал д.ф.-м.н. Александр Ерофеев, заведующий лабораторией биофизики НИТУ МИСИС.
Чтобы выяснить причину таких изменений, исследователи временно заблокировали работу актинового цитоскелета — одного из основных элементов внутреннего каркаса клетки. После этого механические реакции практически исчезли. Результат подтвердил, что именно перестройка цитоскелета играет ключевую роль в ответе клеток на механическое воздействие. Подробности опубликованы в научном журнале ChemBioChem (Q1).
«Предложенный метод позволяет не только прикладывать строго контролируемые силы к отдельным участкам живой клетки, но и одновременно наблюдать, как меняются её свойства в режиме реального времени», — отметил инженер научно-исследовательской лаборатории биофизики НИТУ МИСИС Василий Колмогоров.
Работа поддержана грантом Российского научного фонда (проект №
