دانشمندان راز رفتار غشای سلولی را کشف کردند

گروهی از دانشمندان پس از سال‌ها پژوهش سرانجام توانستند یکی از معما‌های قدیمی در خصوص رفتار غشا‌های سلولی را حل کنند. غشا‌های سلولی، پوسته‌های نازک و انعطاف‌پذیری هستند که سلول‌های زنده را احاطه می‌کنند از محتویات داخلی محافظت می‌کنند، ورود و خروج مواد را کنترل می‌کنند و حتی شکل‌گیری رفتار سلول را تحت تاثیر قرار می‌دهند.

به گزارش scitechdaily، با این حال نتایج آزمایش‌های پیشین نشان می‌داد که رفتار غشا‌ها به‌طرز عجیبی غیرقابل پیش‌بینی است و با انتظارات پایه‌ای فیزیک مطابقت ندارد؛ طبق این انتظار، تغییر در ساختار باید ویژگی‌های فیزیکی آن را نیز تغییر دهد.

رنا اشکار، فیزیکدان و تیمش توانستند با تغییر مقیاس مطالعه و بررسی غشا‌ها در سطح نانومتری یعنی میلیاردهایم متر این تضاد‌ها را روشن کنند. در این سطح ظاهری آشفته و بی‌نظم به یک نظم مشخص تبدیل شد و قوانین مشترک بیوفیزیکی که غشا‌ها همواره از آن پیروی می‌کردند آشکار شد. نتایج این پژوهش در مجله Nature Communications منتشر شده و مسیر‌های تازه‌ای را برای مداخله در بیماری‌ها، انتقال دارو، طراحی سلول‌های مصنوعی و آینده تحقیقات بیوفیزیک غشا باز می‌کند.

غشا‌های سلولی عمدتا از مولکول‌های چربی موسوم به لیپید ساخته شده‌اند که ثابت نیستند. غشا‌ها می‌توانند به سرعت ترکیب لیپیدی خود را در واکنش به تغییرات محیطی، گاهی ظرف چند ساعت، تغییر دهند. این توانایی که هومئوستازی نامیده می‌شود به سلول‌ها امکان می‌دهد شرایط داخلی خود را پایدار نگه دارند حتی زمانی که محیط خارجی تغییر می‌کند.

دانشمندان تلاش کرده بودند این قابلیت سازگاری را با یک اصل پایه‌ای فیزیک توضیح دهند؛ این اصل می‌گوید ترکیب یک ساختار باید ویژگی‌های فیزیکی آن را تعیین کند. اما غشا‌های زیستی ظاهراً از این قانون پیروی نمی‌کردند. این تناقض به‌ویژه در آزمایش‌هایی با کلسترول آشکار شد. افزودن کلسترول به غشا‌های مدل سلولی برای تغییر ساختار و سپس اندازه‌گیری انعطاف‌پذیری یا الاستیسیته نتایج متناقضی داشت؛ برخی غشا‌ها سفت‌تر شدند و برخی تغییر قابل توجهی نشان ندادند.

مسئله اصلی نوع لیپید نیست، چگالی بسته‌بندی است

اشکار گفت: این موضوع یک چالش بزرگ در این حوزه ایجاد کرده بود. به‌نوعی کلسترول ساختار برخی غشا‌ها را تغییر می‌داد، اما ویژگی‌های الاستیک آنها تغییر نمی‌کرد.

در حالی که بسیاری از دانشمندان فرض کردند انواع مختلف لیپید به کلسترول واکنش متفاوتی نشان می‌دهند اشکار این توضیح را کافی ندانست و تمرکز خود را از هویت لیپید‌ها به روش‌های اندازه‌گیری مکانیک غشا‌ها تغییر داد. بیشتر آزمایش‌های پیشین در مقیاس بزرگ انجام شده بود و تیم اشکار تصمیم گرفت با دقت بسیار بیشتری بررسی کند.

با استفاده از تکنیک‌های پراش نوترون و پرتو ایکس، محققان دریافتند که الاستیسیته کمتر به نوع خاص لیپید بستگی دارد و بیشتر به نحوه بسته‌بندی آنها در غشا مرتبط است. برخی لیپید‌ها به‌طور طبیعی مقاومت بیشتری در برابر فشرده شدن دارند در حالی که برخی دیگر می‌توانند به‌طور فشرده کنار هم قرار گیرند. چگالی این بسته‌بندی عامل اصلی کنترل انعطاف‌پذیری غشا است که خود نقش مهمی در حفظ سلامت و بقای سلول دارد.

برای تقویت نتایج خود گروه اشکار با آزمایشگاه مایکل براون در دانشگاه آریزونا و آزمایشگاه میلکا دکتوروا در دانشگاه استکهلم همکاری کردند. آزمایش‌های رزونانس هسته‌ای و مدل‌سازی محاسباتی انجام‌شده توسط این همکاران، اصول فیزیکی مشابهی را تایید کرد که تیم اشکار یافته بود.

اشکار گفت: غشا‌ها می‌توانند از نظر ترکیب بسیار پیچیده باشند اما آنچه واقعا در تعیین یا پیش‌بینی الاستیسیته اهمیت دارد نحوه بسته‌بندی آنهاست. این یک اصل طراحی بسیار قدرتمند است که سلول‌ها به آن پایبندند و اکنون می‌توانیم از آن در مهندسی سلول‌های مصنوعی شبیه‌سازی‌شده بهره ببریم.

این کشف نه‌تنها درک بنیادی ما از غشا‌های سلولی را عمیق‌تر می‌کند بلکه راه را برای توسعه دارو‌های هدفمندتر و طراحی فناوری‌های زیستی پیشرفته هموار می‌سازد.

انتهای پیام/