Тіло, в якому ви живете, складається з безлічі рухомих частин, які повинні взаємодіяти між собою.
Частина цього спілкування – наприклад, у нервовій системі – здійснюється у вигляді біоелектричних сигналів, що поширюються по тілу, викликаючи відповідну реакцію.
Тепер американські дослідники з’ясували, що епітеліальні клітини, які вистилають нашу шкіру та органи, також можуть передавати сигнали подібним чином для сповіщення про небезпеку. Вони використовують довгий, повільний «крик», на відміну від швидкої комунікації нейронів.
Це стало великою несподіванкою, оскільки раніше ці клітини вважалися «німими», і відкриття може відкрити нові можливості для електромедичних пристроїв, що прискорюють загоєння.
«Епітеліальні клітини роблять те, про що ніхто раніше не здогадувався», – каже вчений Стів Гранік із Університету Массачусетса в Амхерсті. «При пошкодженні вони “кричать” своїм сусідам – повільно, наполегливо і на значні відстані. Це схоже на нервовий імпульс, але в 1000 разів повільніше».
Вперше вдалося зафіксувати повільний «крик» людської шкіри
Команда дослідників використовувала лазер для пошкодження (білі точки) шару шкірних клітин та електроди (чорні кола) для виявлення сигналів.
Нервова система дозволяє організму швидко реагувати: ви миттєво відсмикуєте руку від гарячої поверхні, навіть не замислюючись. Електричні сигнали також регулюють серцебиття – саме це відкриття дало змогу створити штучний кардіостимулятор.
Гранік разом із колегою, біомедичним інженером Сан-Мін Ю, розробили систему для дослідження клітинного спілкування в епітелії. Вони створили чип, підключений до масиву з 60 електродів, і покрили його шаром лабораторно вирощених кератиноцитів – основних клітин епідермісу.
Потім дослідники «жалили» клітини лазером і за допомогою електродів відстежували електричні зміни, що відбувалися після цього.
«Ми спостерігали, як клітини координують свою реакцію», – каже Ю. «Це повільна, але збуджена розмова».
Отримані сигнали поширювалися зі швидкістю близько 10 мм/с на великі відстані – до сотень мікрометрів від місця пошкодження. Це нагадує електричні сигнали кальцію в рослинах, що виникають при пошкодженні.
Це спілкування залежить від іонних каналів – крихітних отворів у мембранах клітин, які дозволяють проходити зарядженим іонам, переважно кальцію.
Зокрема, іонні канали епітеліальних клітин реагують на механічний вплив, такий як тиск або розтягнення, що відрізняється від нейронних каналів, які реагують на зміни напруги або хімічного складу.
Крім того, сигнали епітелію тривають значно довше, ніж нейронні – деякі «розмови» тривали до п’яти годин. Однак їхня напруга була аналогічна нейронним сигналам, і процес комунікації проходив ті самі фази.
Оскільки це нове відкриття, необхідно провести додаткові дослідження, щоб зрозуміти механізм роботи цього процесу та фактори, що на нього впливають.
Наразі точно невідомо, який саме механізм використовується для передачі сигналу та чи всі типи епітеліальних клітин діють однаково. Однак попередні тести вказують на роль іонів кальцію.
Це відкриття може привести до розробки нових біомедичних пристроїв, таких як носимі датчики та електронні пов’язки, що прискорюють загоєння ран.
«Розуміння цих “криків” між пошкодженими клітинами відкриває двері, про існування яких ми навіть не підозрювали», – зазначає Ю.