Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk

Instytut Chemii Fizycznej
Polskiej Akademii Nauk
adres:
tel.:
fax/tel.:
email:
WWW:
ul. Kasprzaka 44/52
01-224 Warszawa
+48 22 3432000
+48 22 3433333, 6325276
[email protected]
http://www.ichf.edu.pl/
Warszawa, 11 maja 2011
Wiemy więcej o lepkości – i o cytoplazmie komórek rakowych
Małe cząsteczki białek podczas ruchu we wnętrzu komórki niemal nie odczuwają
lepkości cytoplazmy. Na łamach czasopisma „Nano Letters” naukowcy z Instytutu
Chemii Fizycznej PAN wykazują, że efekt ten można opisać w sposób uniwersalny,
obejmujący zjawiska związane z lepkością w różnych roztworach i skalach
długości. Odkrycie wykorzystano do badań nad własnościami cytoplazmy
komórek rakowych.
Naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN (IChF PAN) w fizycznie spójny sposób opisali zmiany
zachodzące w lepkości mierzonej w różnych roztworach i odczuwanej przez próbniki o rozmiarach
od skali nano do makro. Wyniki badań opublikowano w prestiżowym czasopiśmie naukowym
„Nano Letters”. „Udoskonaliliśmy nasze wcześniejsze wzory i twierdzenia i z powodzeniem
zastosowaliśmy je do większej liczby układów, w tym po raz pierwszy do opisu lepkości cytoplazmy
w komórkach rakowych”, mówi prof. dr hab. Robert Hołyst z IChF PAN.
Pierwszą publikacją naukową nawiązującą do lepkości płynów złożonych była praca Alberta
Einsteina z 1906 roku. Z czasem pojawiły się jednak intrygujące wyniki pomiarów lepkości
cytoplazmy w komórkach. Wskazywały one, że choć sama cytoplazma ma dużą lepkość, małe
białka poruszają się w niej bez większych problemów – wiele rzędów wielkości szybciej niż
wynikałoby to ze wzoru Stokesa-Sutherlanda-Einsteina.
Naukowcom z IChF PAN udało się obecnie opisać zmiany lepkości za pomocą jednego wzoru
fenomenologicznego, zawierającego współczynniki tej samej natury fizycznej. Charakteryzują one
zarówno ośrodek płynny (wypełniony np. siecią długich polimerów lub zlepkami cząsteczek), jak i
poruszający się w nim próbnik (np. cząsteczkę białka). Nowy wzór ma charakter uniwersalny i
może być stosowany dla próbników o rozmiarach od ułamków nanometrów po centymetry.
Znalezione zależności obowiązują w płynach różnych typów, takich jak roztwory o elastycznej
strukturze mikroskopowej (np. sieci polimerowe w rozmaitych rozpuszczalnikach) i układy
mikroskopowo sztywne (np. zbudowane z wydłużonych agregatów cząsteczek – miceli).
W pracy opublikowanej w „Nano Letters” badacze z IChF PAN zastosowali nowy wzór do opisu
ruchu fragmentów DNA i innych próbników w mysich komórkach mięśniowych (Swiss 3T3) i
ludzkich komórkach rakowych (HeLa). „Udało się nam wykazać, że lepkość płynu w komórce
rzeczywiście zależy nie tylko od struktury wewnątrzkomórkowej, ale także od rozmiaru próbnika
użytego przy pomiarze”, mówi doktorant Tomasz Kalwarczyk z IChF PAN.
Naukowcy z IChF PAN zmierzyli tzw. długość korelacji, która w cytoplazmie komórek Swiss 3T3
wyniosła 7 nanometrów (miliardowych części metra), a w komórkach HeLa – 5 nm. Długość
korelacji jest dla lepkości wartością graniczną – białka o rozmiarach mniejszych poruszają się w
komórce swobodnie. Drugą wyznaczoną wielkością graniczną był promień hydrodynamiczny
obiektów tworzących sam płyn. Jest to również istotny parametr, ponieważ próbniki większe od
tego promienia podlegają już lepkości makroskopowej (próbniki większe od długości korelacji, lecz
mniejsze od promienia hydrodynamicznego odczuwają lepkość gwałtownie rosnącą wraz z ich
rozmiarami). Okazało się, że w komórkach HeLa lepkość makroskopową odczuwają próbniki
większe od 350 nm, podczas gdy w komórkach Swiss 3T3 próg wynosi zaledwie 120 nm. „Dzięki
naszym badaniom pojawiła się nowa metoda charakteryzowania struktury komórek – za pomocą
pomiarów lepkości ich cytoplazmy”, podkreśla Kalwarczyk.
Wyniki badań zaprezentowanych przez naukowców z IChF PAN pozwolą lepiej szacować czas
migrowania leków wprowadzanych do wnętrza komórek, znajdą także zastosowanie w
nanotechnologiach, np. przy wytwarzaniu nanocząstek za pomocą roztworów micel. Ich znaczenie
jest też istotne dla nowoczesnych metod pomiarowych, takich jak dynamiczne rozpraszanie
światła, pozwalające analizować zawiesiny cząsteczek pod kątem ich rozmiarów. Jeśli nie
uwzględni się zależności lepkości od rozmiaru użytego próbnika, wyniki tych pomiarów mogą być
obarczone dużymi błędami.
Badania nad lepkością w IChF PAN są współfinansowane przez Unię Europejską z
Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach grantu TEAM Fundacji na rzecz
Nauki Polskiej.
Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (http://www.ichf.edu.pl/) został powołany w 1955 roku jako jeden z pierwszych
instytutów chemicznych PAN. Profil naukowy Instytutu jest silnie powiązany z najnowszymi światowymi kierunkami rozwoju chemii
fizycznej i fizyki chemicznej. Badania naukowe są prowadzone w 9 zakładach naukowych. Działający w ramach Instytutu Zakład
Doświadczalny CHEMIPAN wdraża, produkuje i komercjalizuje specjalistyczne związki chemiczne do zastosowań m.in. w rolnictwie
i farmacji. Instytut publikuje około 200 oryginalnych prac badawczych rocznie.
KONTAKTY DO NAUKOWCÓW:
prof. dr hab. Robert Hołyst
Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk
tel. +48 22 3433123
email: [email protected]
POWIĄZANE STRONY WWW:
http://www.ichf.edu.pl/
Strona Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk.
http://www.ichf.edu.pl/press/
Serwis prasowy Instytutu Chemii Fizycznej PAN.
MATERIAŁY GRAFICZNE:
IChF110511b_fot01s.jpg
HR: http://ichf.edu.pl/press/2011/05/IChF110511b_fot01.jpg
Lepkość zależy nie tylko od mikroskopowej struktury płynu złożonego (na zdjęciu kłąb przewodów obrazuje kłębki polimerowe w
cieczy), ale także od rozmiaru użytego próbnika (w demonstracji użyto w tym charakterze piłki tenisowej). Zjawisko przedstawia
doktorant Tomasz Kalwarczyk z Instytutu Chemii Fizycznej PAN. (Źródło: IChF PAN/Grzegorz Krzyżewski)
IChF110511b_fot02s.jpg
HR: http://ichf.edu.pl/press/2011/05/IChF110511b_fot02.jpg
Cząsteczki poruszające się w sieci polimerowej płynu złożonego odczuwają różną lepkość w zależności od swych rozmiarów. (Źródło:
IChF PAN)