Laver bølger:Forskere kaster lys over, hvordan cilia fungerer

(Phys.org) - Små cellulære strukturer kaldet cilia spiller en afgørende rolle i en række forskellige kropsfunktioner, herunder væskebevægelser, sansning af miljøet og cellesignalering. Forskere har længe været interesseret i at forstå, hvordan cilia fungerer, men deres komplekse struktur og adfærd har gjort dem svære at studere.

Nu har forskere ved University of California, Santa Barbara udviklet en ny måde at studere cilia ved hjælp af højhastighedsmikroskopi. Deres resultater, offentliggjort i tidsskriftet eLife, giver ny indsigt i mekanikken i cilia, og hvordan de genererer bevægelse.

"Cilia er disse små hårlignende strukturer, der stikker ud fra overfladen af ​​celler," sagde Melissa Zhang, undersøgelsens første forfatter og en kandidatstuderende ved Institut for Molekylær, Cellulær og Udviklingsbiologi ved UC Santa Barbara. "De er virkelig vigtige for mange forskellige funktioner, men vi forstår ikke helt, hvordan de fungerer."

En af hovedudfordringerne ved at studere cilia er, at de er meget små, typisk kun få mikrometer i længden. Dette gør det vanskeligt at se dem klart ved hjælp af traditionelle billedbehandlingsteknikker. For at overvinde denne udfordring brugte Zhang og hendes kolleger en specialiseret type højhastighedsmikroskopi kaldet differential interference contrast (DIC) mikroskopi.

DIC-mikroskopi bruger polariseret lys til at skabe et højkontrastbillede af prøven. Dette gjorde det muligt for forskerne at visualisere flimmerhårene i meget større detaljer, end det tidligere var muligt.

Ud over at bruge DIC-mikroskopi udviklede forskerne også en ny måde at forberede flimmerhårene til billeddannelse. De brugte en teknik kaldet super-opløsning fotoaktiveret lokaliseringsmikroskopi (PALM) til at mærke cilia med fluorescerende molekyler. Dette gjorde det muligt for dem at spore flimmerhårenes bevægelse over tid.

Ved hjælp af disse nye teknikker var forskerne i stand til at gøre flere vigtige opdagelser om cilia. De fandt ud af, at cilia består af en række gentagne enheder kaldet axonemes. Hvert axoneme består af en mikrotubuli dublet, som er et par mikrotubuli, der er forbundet med hinanden.

Forskerne fandt også ud af, at cilia bevæger sig på en bølgelignende måde. Bølgerne genereres af mikrotubuli dubletter, som bøjer og retter sig ud på en koordineret måde.

"Vi var i stand til at se, at flimmerhårene bevæger sig på en meget specifik måde," sagde Zhang. "De bøjer og retter sig i et bølgelignende mønster, og det er det, der genererer væskens bevægelse."

Forskernes resultater giver ny indsigt i flimmerhårens mekanik, og hvordan de genererer bevægelse. Dette kan føre til en bedre forståelse af en række sygdomme, der er forbundet med cilia dysfunktion, såsom primær ciliær dyskinesi (PCD) og polycystisk nyresygdom (PKD).