Bevæger sig hurtigere i en menneskemængde

Cellepartikler bevæger sig hurtigere gennem et overfyldt cellulært miljø, når trængselmolekylerne er uensartet fordelt. Ny forskning viser også, at partikeltransport i overfyldte celler faktisk kan være hurtigere end bevægelse i et ikke-overfyldt miljø, så længe partiklerne bevæger sig fra tæt overfyldte områder til mindre overfyldte områder. At forstå den hastighed, hvormed partikler bevæger sig i disse miljøer, kan hjælpe forskere med bedre at forstå cellulære processer, der kræver, at flere molekyler "finder" hinanden i cellens overfyldte miljø. Et papir, der beskriver forskningen, af et team af forskere fra Penn State, vises online i journalen ACS Nano .

"Trængsel er almindeligt i levende systemer i forskellige længdeskalaer, fra travle gange ned til tæt cellulær cytoplasma, " sagde Ayusman Sen, Verne M. Willaman Professor i kemi og fremtrædende professor i kemi og kemiteknik i Penn State og en af ​​lederne af forskerteamet. "Indersiden af ​​celler er meget, meget fyldt med proteiner, makromolekyler og organeller. Molekyler, der er involveret i kemiske reaktioner, der kræves af cellen, skal transporteres gennem denne overfyldte, tyktflydende miljø for at finde deres partnerreagenser. Hvis miljøet er ensartet overfyldt, bevægelse bremser, men vi ved, at indersiden af ​​en celle er uensartet; der er gradienter af makromolekyler og andre arter. Så, vi var interesserede i, hvordan disse gradienter ville påvirke transport på nanoskala."

Forskerne sammenlignede bevægelsen af ​​forskellige "sporstof"-kolloider - uopløselige partikler suspenderet i en væske - gennem forskellige miljøer ved hjælp af mikrofluidik. En mikrofluidisk enhed kan fyldes med forskellige løsninger, hvori forskerne etablerer gradienter - fra høj til lav - af "crowder" makromolekyler i væsken. Sporstofferne, som kan være store eller små, hård eller blød og deformerbar, er fluorescerende mærket, så forskerne kan spore deres bevægelser med et konfokalt mikroskop.

"Vi var overraskede over at se, at sporstofferne bevægede sig hurtigere i stigninger af trængere, end de gjorde gennem en væske uden overhovedet, " sagde Farzad Mohajerani, en kandidatstuderende i kemiingeniør ved Penn State og medførsteforfatter af papiret. "Vi tror, ​​at de tætpakkede crowders faktisk lægger et pres på sporstofferne for at tvinge dem mod mindre tætte områder. Store spormolekyler bevægede sig hurtigere end små, og blødt, deformerbare sporstoffer bevægede sig hurtigere end hårde. "

"De bløde, deformerbare sporstoffer er bedre repræsentanter for faktiske arter, der bevæger sig rundt i celler, " sagde Matthew Collins, en kandidatstuderende i kemi ved Penn State og medførsteforfatter af papiret. "Vi tror, ​​at de kan bevæge sig hurtigere, fordi i modsætning til hårde partikler, de kan presse sig gennem snævrere områder."

"Vores eksperimenter og model viser ikke kun, at molekyler kan bevæge sig hurtigere gennem gradienter af makromolekylær trængsel, vi tror, ​​at disse bevægelseshastigheder kan stige yderligere inde i faktiske levende celler, hvor andre aktive bevægelige molekyler kan øge trængslens tryk, " sagde Sen.