Forskere opdager, hvordan larver kan stoppe deres blødning på få sekunder
Blod er et bemærkelsesværdigt materiale:det skal forblive flydende inde i blodkarrene, men alligevel størkne så hurtigt som muligt uden for dem for at stoppe blødningen. Den kemiske kaskade, der gør dette muligt, er velkendt for blod fra hvirveldyr. Men hæmolymfe, der svarer til blod i insekter, har en meget anderledes sammensætning, idet den især mangler røde blodlegemer, hæmoglobin og blodplader og har amøbe-lignende celler kaldet hæmocytter i stedet for hvide blodlegemer til immunforsvar.
Ligesom blod størkner hæmolymfe hurtigt uden for kroppen. Hvordan det gør det, har længe været en gåde. Nu har materialeforskere vist i Frontiers in Soft Matter hvordan denne bedrift forvaltes af larver af Carolina sfinxmøl. Denne opdagelse har potentielle anvendelser for human medicin, sagde forfatterne.
"Her viser vi, at disse larver, kaldet tobakshornorme, kan forsegle sårene på et minut. Det gør de i to trin:Først på få sekunder bliver deres tynde, vandlignende hæmolymfe 'viskoelastisk' eller slimet, og dryppende hæmolymfe trækker sig tilbage til såret," sagde seniorforfatter Dr. Konstantin Kornev, professor ved Institut for Materialevidenskab og Engineering ved Clemson University.
"Derefter samler hæmocytter sig, startende fra såroverfladen og bevæger sig op for at omfavne den belægningshæmolymfefilm, der til sidst bliver til en skorpe, der forsegler såret."
Udfordrende at studere
Fuldvoksne tobakshornorme, klar til at forpuppe sig, er mellem 7,5 cm og 10 cm lange. De indeholder kun en lille mængde hæmolymfe, som typisk størkner inden for få sekunder, hvilket gør det svært at studere med konventionelle metoder.
Af disse grunde måtte Kornev og kolleger udvikle nye teknikker til denne undersøgelse og arbejde hurtigt. Alligevel var fejlraten for de vanskeligste manipulationer enorm (op til 95 %), hvilket krævede mange forsøg.
De fastholdt individuelle hornorme i et plastikhylster og lavede et let sår i et af hver larves pseudoben gennem et vindue i ærmet. De rørte derefter den dryppende hæmolymfe med en metalkugle, som blev trukket væk, hvilket skabte en hæmolymfe-'bro' (ca. to millimeter lang og hundreder mikrometer bred), som efterfølgende blev indsnævret og knækkede og producerede satellitdråber. Kornev og teamet filmede disse begivenheder med et kamera med høj billedhastighed og makroobjektiv for at studere dem i detaljer.
Øjeblikkelig ændring i egenskaber
Disse observationer antydede, at hæmolymfe i løbet af de første cirka fem sekunder efter, at de begyndte at flyde, opførte sig på samme måde som vand:i tekniske termer som en newtonsk væske med lav viskositet. Men inden for de næste 10 sekunder undergik hæmolymfen en markant ændring:den knækkede nu ikke øjeblikkeligt, men dannede en lang bro bag det faldende fald. Typisk stoppede blødningen helt efter 60 til 90 sekunder, efter at der var dannet en skorpe over såret.
Kornev og kolleger studerede hæmolymfens flydeegenskaber yderligere ved at placere en 10 mikrometer lang nikkel nanorod i en dråbe frisk hæmolymfe. Når et roterende magnetfelt fik nanorod til at spinde, gav dens forsinkelse i forhold til magnetismen et skøn over hæmolymfens evne til at holde stangen tilbage gennem viskositeten.
De konkluderede, at inden for få sekunder efter at have forladt kroppen, skifter larvehæmolymfe fra en lavviskøs til en viskoelastisk væske.
"Et godt eksempel på en viskoelastisk væske er spyt," sagde Kornev. "Når du smører en dråbe mellem fingrene, opfører den sig som vand:Materialeforskere vil sige, at den er rent tyktflydende. Men takket være meget store molekyler kaldet muciner i den, danner spyt en bro, når du flytter fingrene fra hinanden. Derfor er det ordentligt kaldet viskoelastisk:tyktflydende, når du klipper den og elastisk, når du strækker den."
Forskerne brugte yderligere optisk fasekontrast og polariseret mikroskopi, røntgenbilleddannelse og materialevidenskabsmodellering til at studere de cellulære processer, hvorved hæmocytter aggregerer og danner en skorpe over et sår. Det gjorde de ikke kun hos Carolina sfinxmøl og deres larver, men også hos 18 andre insektarter.
Hæmocytter er nøglen
Resultaterne viste, at hæmolymfe af alle undersøgte arter reagerede på samme måde som forskydning. Men dens reaktion på udstrækning adskilte sig drastisk mellem den hæmocytrige hæmolymfe fra larver og kakerlakker på den ene side og den hæmocytfattige hæmolymfe fra voksne sommerfugle og møl på den anden side:dråber strakte sig ud for at danne broer for de første to, men straks brød for sidstnævnte.
"At omdanne hæmolymfe til en viskoelastisk væske ser ud til at hjælpe larver og kakerlakker med at stoppe enhver blødning ved at trække dryppende dråber tilbage til såret på få sekunder," sagde Kornev.
"Vi konkluderer, at deres hæmolymfe har en ekstraordinær evne til øjeblikkeligt at ændre dens materialeegenskaber. I modsætning til silkeproducerende insekter og edderkopper, som har et særligt organ til fremstilling af fibre, kan disse insekter lave hæmolymfefilamenter hvor som helst ved sår."
Forskerne konkluderede, at hæmocytter spiller en nøglerolle i alle disse processer. Men hvorfor larver og kakerlakker har brug for flere hæmocytter end voksne sommerfugle og møl er stadig ukendt.
"Vores opdagelser åbner døren for at designe hurtigtvirkende fortykningsmidler af menneskeligt blod. Vi behøver ikke nødvendigvis kopiere den nøjagtige biokemi, men bør fokusere på at designe lægemidler, der kan gøre blod til et viskoelastisk materiale, der stopper blødning. Vi håber, at vores resultater vil hjælpe med at udføre denne opgave i den nærmeste fremtid," sagde Kornev.
Flere oplysninger: For at forsegle et sår omdanner larver blod fra en viskøs til en viskoelastisk væske på få sekunder, Grænser i blødt stof (2024). DOI:10.3389/frsfm.2024.1341129. www.frontiersin.org/articles/1 … fm.2024.1341129/fuld
Leveret af Frontiers
Varme artikler
-
Efterligner en sød løsning til at fjerne forureningEt transmissionselektronmikroskopi (TEM) billede viser, at de sfæriske rum er forbundet gennem nanokanaler. Kredit:S. Nunes En hurtig, sikker metode til at fremstille et 3-D porøst materiale, der -
Ny undersøgelse ser på biologiske enzymer som kilde til brintbrændstofKemiprofessor Thomas Rauchfuss og samarbejdspartnere søger biologiske processer for at finde en effektiv kilde til brintgas som et miljøvenligt brændstof. Kredit:Fred Zwicky Forskning fra Universi -
Neutroner inspicerer saltindeslutningsmaterialer for at forbedre langsigtet affaldsopbevaringUniversity of South Carolina -forsker Gregory Morrison forbereder en SIM -prøve, der skal sænkes ned i neutronstrålen. Dette hold studerer hierarkiske strukturer for deres anvendelser i atomaffaldsopb -
Hvordan probiotiske bifidobakterier kunne hjælpe patienter med cøliakiKredit:CC0 Public Domain Gluten er fjende nr. 1 for dem med cøliaki, og det er svært at undgå. Episoder af denne kroniske autoimmune sygdom kan udløses ved at indtage gluten, et nøgleprotein i hve
- Kinetisk energi-eksperimenter til børn
- Forskere har fundet en underlig ny måde at kontrollere hjerneaktivitet - Art
- Hvordan et komplekst lavtrykssystem sendte temperaturer styrtende
- Nyt nanomateriale til kvanteelektronik
- Forskere fanger lyden af solopgang på Mars
- Sensoren vækker kun ved tilstedeværelse af et signal af interesse