Ученые из Массачусетского университета в Амхерсте показали, что клетки кожи передают друг другу сигналы, которые сильно отличаются от сигналов нервной системы. «Крик» клеток кожи более долгий и значительно более тихий, чем сигнал нейронов.
Ученые услышали, как «кричат» клетки кожи, когда их ранят
Ученые из Массачусетского университета в Амхерсте показали, что клетки кожи передают друг другу сигналы, которые сильно отличаются от сигналов нервной системы. «Крик» клеток кожи более долгий и значительно более тихий, чем сигнал нейронов. Он возникает, когда клетка ранена и сообщает о повреждении своим соседям. Открытие может стать основой для создания носимых устройств для заживления ран.
Клетки кожи человека могут посылать сигналы соседям, сообщая о повреждениях. Arrow/DigitalVision/Getty Images
Наше тело состоит из множества подвижных частей, которым необходимо общаться друг с другом. Часть этой коммуникации — например, в нервной системе — имеет форму биоэлектрических сигналов, которые распространяются по телу. Но теперь ученые обнаружили, что эпителиальные клетки, которые выстилают нашу кожу и органы, тоже способны подавать сигналы, чтобы сообщать об опасности. Они используют долгий, медленный «крик», а не быструю коммуникацию нейронов. Это большой сюрприз, поскольку эти клетки всегда считались «немыми».
«Эпителиальные клетки делают то, что никто никогда и не думал искать», — говорит соавтор Стив Граник из Массачусетского университета в Амхерсте. — «Поврежденные клетки, они "кричат" своим соседям, медленно, настойчиво и на удивительно большое расстояние. Это похоже на нервный импульс, но в 1000 раз медленнее».
Как «кричат» клетки
Исследование группы включало использование лазера для ранения (белые точки) одного слоя клеток кожи, используя электроды (черные круги) для обнаружения сигналов.
Коммуникационные сети тела поддерживают его функционирование. Вы отдернете руку от горячей поверхности, даже не задумываясь об этом. Так работает ваша нервная система. Насосная функция вашего сердца регулируется электрическими сигналами. Это открытие позволило изобрести искусственный кардиостимулятор.
Граник и его коллега, биомедицинский инженер Сун-Мин Ю из Массачусетского университета в Амхерсте, разработали систему для исследования клеточной коммуникации в эпителии. Их система состояла из чипа, подключенного к массиву из примерно 60 электродов.
Этот чип был покрыт слоем выращенных в лабораторных условиях человеческих кератиноцитов, основных эпителиальных клеток, которые составляют эпидермис, внешний слой кожи. С помощью лазера исследователи «ужалили» слой кожи и использовали массив электродов, чтобы прослушать электрические всплески, которые последовали.
Полученные сигналы распространялись со скоростью около 10 миллиметров в секунду на довольно большие расстояния до сотен микрометров от места раны. Это похоже на электрическую кальциевую сигнализацию, наблюдаемой в растениях, когда их повреждает голодная гусеница (на видео)
Это общение, как заметили исследователи, в значительной степени зависит от ионных каналов, небольших пор в клеточных мембранах, которые позволяют транспортировать заряженные ионы, в основном кальций. В частности, эти ионные каналы эпителиальных клеток реагируют на механический стимул, такой как давление или растяжение, что отличается от ионных каналов нейронов, которые реагируют на изменения электрического напряжения или химический сигнал.
Эпителиальные сигналы длятся намного дольше нейронных, и некоторые «разговоры» регистрировались до пяти часов. Однако напряжение было похоже на амплитуду, наблюдаемую в нейронах, и коммуникация циклически проходила через фазы, которые происходят при нейронной коммуникации.
Ученые пока не знают достоверно, что клетки используют для сигнала, неизвестно действуют ли разные виды эпителиальных клеток по-разному, когда дело доходит до сообщения о ране, хотя первоначальные тесты предполагают, что в этом участвуют ионы кальция. Но открытие указывает на новые возможности для биомедицинских устройств, таких как носимые датчики и электронные повязки, которые ускоряют заживление ран.