Ученые ИТМО разработали платформу, которая поможет исследовать межклеточную коммуникацию. В отличие от существующих систем предлагаемая платформа позволяет точно определять, где находится клетка, и при этом не вмешивается в ее жизнедеятельность. Это дает шанс следить за клетками в их естественной среде обитания. Разработка поможет восстанавливать клеточную коммуникацию после травм и создавать материалы для таргетной доставки лекарств.

Результаты исследования опубликованы в журнале Materials & Design.

Бесперебойную работу органов и организма в целом во многом обеспечивает межклеточная коммуникация. Клетки распределяют питательные вещества, участвуют в их синтезе и транспорте, помогают удалять токсины и защищают от инфекций. При нарушении межклеточной коммуникации восстановление мышц и костей затрудняется. Также могут развиться различные заболевания, например болезнь Альцгеймера. Чтобы иметь возможность исправить это, нужно досконально понимать механизм взаимодействия клеток между собой.

Один из механизмов передачи сигнала от клетки к клетке — ионные токи. Это движение ионов натрия, калия и кальция сквозь мембрану клетки во внеклеточное пространство и обратно внутрь клетки. Каждый тип ионов отвечает за конкретную функцию: катионы натрия проводят нервный импульс, катионы калия регулируют мембранный потенциал клетки, а катионы кальция помогают сокращать мышцы.

Допустим, человек ощущает боль или стресс — в ответ в его организме выделяется вещество, которое инициирует реакцию в клетке. Например, норэпинефрин (молекула адреналина) активирует в клетке IP3 ионные каналы, и клетка высвобождает ионы кальция, при этом сокращаясь и передавая сигнал своим «соседям». Дальше как в эффекте домино: постепенно клетки сокращаются, а затем — и мышцы.

Для изучения ионных токов используют несколько типов систем. Один из них построен на прокалывании клетки микроэлектродом, но такое влияние может спровоцировать выброс специфических белков, которые будут мешать измерениям. Для других типов выращивают клеточную ткань, где искусственно делают разрыв — но и здесь есть вероятность повреждения клетки.

Ученые научно-образовательного центра инфохимии ИТМО создали биосовместимую систему для обнаружения ионных токов во внеклеточном пространстве. Она позволяет следить за клетками в естественной среде обитания, не вмешиваясь в их жизнедеятельность.