Клетки внутри них меняют свою структуру, чтобы справляться со стрессовыми повышениями кровяного давления
Каждый удар вашего сердца прогоняет кровь через тысячи километров сосудов в вашем теле. Каждый из этих импульсов оказывает давление на стенки сосудов. Иногда это сильное давление. Например, когда вы бежите или напуганы. Когда это происходит, что защищает ваши кровеносные сосуды от разрыва? Новое исследование показывает, как они справляются: клетки сосудов изменяют свою структуру на очень тонком уровне.
Пояснение: Анатомия сердцебиения
“Мы хотели понять, — говорит Клэр Десаль, — как ткани реагируют на внешние воздействия?” Она отмечает, что давление повседневной жизни постоянно приводит к таким изменениям в сосудах. Поэтому нам важно знать, как и почему.
Десаль, физик, работает в Женевском университете в Швейцарии. Изменения, которые ее команда наблюдала в клетках, выстилающих кровеносные сосуды, по-видимому, предотвращают их разрыв всякий раз, когда наше кровяное давление внезапно повышается.
По словам ее команды, клетки становятся гибкими и структурно адаптируются с “расширением, подобным текучести”. В то же время крошечные нитевидные белки в клетках, выстилающих эти сосуды, кардинально перестраиваются. Десаль и ее коллеги рассказали обо всем этом в июньском номере журнала Nature Physics.
<загрузка iframe="ленивый" заголовок="Какой длины у Вас кровеносные сосуды? 🤔" width="500" height="281" src="https://www.youtube.com/embed/c5G_25dhoeU?feature=встроено" frameborder="0" allow="акселерометр; автозапуск; запись в буфер обмена; зашифрованный носитель; гироскоп; картинка в картинке; веб-доступ" referrerpolicy="строгий источник при перекрестном источнике" allowfullscreen>
Большие изменения в тонкой оболочке
Новые результаты были получены не в результате испытаний сосудов в неповрежденном человеческом теле. Вместо этого ученые создали крошечный искусственный кровеносный сосуд в чашке. Они наполнили этот сосуд шириной всего 120 микрометров (0,0047 дюйма) человеческими клетками. Как и в человеческом теле, этот внутренний слой был тонким — толщиной всего в одну клетку. Официальное название этого слоя — эндотелий сосуда (En-doh-THEE-lee-um). Клетки этой выстилки содержат тонкие нити мышечного белка. Этот белок, называемый актином, может сокращаться или расслабляться. Это похоже на то, как напрягаются мышцы, когда вам нужно приложить усилие. В нашем организме поток крови оказывает давление на стенки сосудов.Используя шприцевой насос — устройство, которое проталкивает жидкость через трубку, — чтобы имитировать поток крови, команда Десалля увеличила давление на свой сосуд в чашечке. “Мы просто решили надуть сосуд, как воздушный шар, и посмотреть, что произойдет”, — говорит Десалль.Используя светящиеся краски и мощные микроскопы, они наблюдали за тем, как актин внутренней оболочки смещается и перестраивается. “Это полностью меняет ориентацию”, — объясняет Десалль. ”Происходит сдвиг на 90 градусов».
До воздействия давления актин перемещался по всей длине сосуда. Это было похоже на железнодорожные пути, но более растянутые. После приложения давления белки обволакивали сосуд изнутри.
Затем команда удалила актин из клеток и повторила эксперимент. Без актина ткань стала намного мягче. Теперь она не могла хорошо справляться с давлением. Десаль заключает, что актин важен для укрепления кровеносных сосудов. Без этого клетки не могут адаптироваться.
Этот эксперимент “принципиально отличается от того, что делают многие люди”, — говорит Алиса Морсс Клайн. Инженер-биомеханик, которая не принимала участия в новом исследовании, работает в Мэрилендском университете в Колледж-Парке.
Клайн отмечает, что в большинстве предыдущих исследований слои клеток растягивались в виде плоского двумерного листа. Вместо этого он приложил реальное давление к трехмерной трубке. “Это было очень интересно, — говорит она, — потому что в трехмерном режиме ячейки ведут себя совсем по-другому, чем в двумерном”.
У вас есть научный вопрос? Мы можем помочь!
Задайте свой вопрос здесь, и мы, возможно, ответим на него в следующем выпуске Новостей науки.
Поведение клеток подобно жидким кристаллам, это структурное изменение в актиновом слое происходит из-за так называемой нематодинамики (Neh-MAT-oh-dye-NAM-iks). Это громкое слово, но “очень простая концепция”, — говорит Десаль. Динамика означает изменение чего-либо с течением времени. А нематика, объясняет она, относится к тканям, которые ориентированы определенным образом.То, как изменяются клетки, выстилающие кровеносные сосуды, позволяет этим трубочкам расширяться и изменять свою форму. Это похоже на поведение жидких кристаллов.
Жидкие кристаллы могут течь подобно жидкостям. Однако они также обладают некоторой упорядоченной структурой твердого тела. Это странное промежуточное состояние помогает объяснить, как клетки в кровеносных сосудах могут плавно перемещаться, сохраняя при этом некоторую внутреннюю структуру. Вот почему ученые теперь описывают это расширение кровеносных сосудов как флюидоподобное.
Это действие также отражает то, что другие наблюдали у реальных животных, — говорит Десаль. Например, у рыбок данио-рерио “когда сердце начинает биться, вы видите такую же [краткую] реакцию”. По ее словам, наблюдать за подобным действием “было для нас очень волнительно”.
“Это элегантное исследование”, — говорит Натан Снядецки. Он инженер-механик из Вашингтонского университета в Сиэтле. Новая работа “помогает нам лучше понять, как меняется человеческое тело с течением времени”, — говорит он, — будь то в результате старения или болезней.
Другие ученые заинтересованы в использовании новой трехмерной модели для изучения кровеносных сосудов в таких местах, как почки или легкие. говорит. В тестах ее команды использовались только эндотелиальные клетки. Они находятся в действительно крошечных кровеносных сосудах, таких как капилляры. Более крупные сосуды окружены мышцами. В будущем она надеется изучить подобные явления с помощью новой модели, разработанной ее командой.
