Kako so videti moje celice?
Človeško telo je sestavljeno iz več kot bilijona (1 000 000 000 000) celic, ki pa so premajhne, da bi jih videli s prostim očesom. Skrivnostni svet celic se nam odkrije šele ob pogledu skozi okular mikroskopa. Ker se ob letošnji Noči raziskovalcev ne moremo srečati v živo in skupaj pogledati skozi okular, smo vam na tej strani pripravili nekaj prizorov iz sveta celic, ki jih pri svojem raziskovanju srečujemo na Inštitutu za biofiziko Medicinske fakultete na Univerzi v Ljubljani.
Kako velike so celice v mojem telesu?
S prostim očesom ne vidimo objektov, ki so manjši od debeline lasu. Škoda, saj so naše celice ravno toliko manjše, da jih s prostim očesom ne vidimo več. Za opazovanje celic zato potrebujemo optični mikroskop, s katerim si lahko približamo objekte velike od približno desetinke milimetra do enega mikrometra (tisočinke milimetra). Največje celice v naših telesih so ravno malo manjše od debeline lasu, med najmanjše celice pa spadajo eritrociti (rdeče krvničke), ki so še 10x manjši in imajo v premeru približno 8 mikrometrov. Bakterije so velike približno en mikrometer in jih z optičnim mikroskopom ravno še lahko opazimo, še manjših struktur (npr. virusov) pa z navadnim mikroskopom ne moremo videti in za njihovo raziskovanje potrebujemo elektronski mikroskop.
Na spodnji sliki je prikazan las, slikan s povečavo 20x, v spodnji vrsti pa so slike krvnih celic posnete z zaporedoma vedno večjo povečavo. Eritrociti imajo značilno bi-konkavno obliko, levkociti pa so nekakšne nagubane žogice.
Slike so posnete s črno-belo kamero, saj barv mikroskopskih objektov ne moremo dobro razločevati (barve, ki jih vidimo skozi mikroskop, so bolj kot od samih objektov odvisne od barve svetila, s katerim vzorec osvetljujemo). V krvi so poleg eritrocitov in levkocitov tudi trombociti, ki pa so redkejši in manjši od eritrocitov, zato jih na zgornjih slikah ni opaziti.
Tule pa je še slika lasu skupaj z eritrociti, ki smo jo s pomočjo obiskovalcev posneli na eni od Noči raziskovalcev. Na njej se lepo vidi, da so celice le približno 10X manjše od lasu in da torej le malo manjka, da bi jih lahko videli tudi s prostim očesom. Naježena celica na sliki je eritrocit, ki mu slikanje pod mikroskopom ni bilo všeč in je zato spremenil svojo obliko (strokovno se eritrociti s tako obliko imenujejo ehinociti).
Kako celice prijeti in prestavljati?
Posamezna celica je seveda veliko premajhna, da bi jo lahko prijeli z roko ali s kakšnim od pripomočkov iz običajnega življenja, na primer s pinceto. Znanstveniki pa ne bi bili znanstveniki, če ne bi iznašli tudi načinov za rokovanje s posameznimi celicami. Ena od naprav, ki to omogoča, je optična pinceta. V Sloveniji imamo srečo, da je pri nas eden najboljših izdelovalcev optičnih pincet na svetu, podjetje Aresis. Spodnji film prikazuje prestavljanje krvnih celic z optično pinceto (naježena celica na filmu je še en eritrocit, ki ne mara snemanja). Optična pinceta uporablja infra-rdeči laser; ker je infra-rdeča svetloba našim očem nevidna, pincete na sliki ne opazimo.
Kako mehke so celice?
Podobno kot naša telesa imajo tudi celice svoj skelet, ki jim daje oporo. Celični skelet se imenuje citoskelet in ni sestavljen iz kosti, temveč iz tankih proteinskih filamentov. Trdoto celic lahko raziskujemo z optično pinceto, s katero primemo majhno stekleno kroglico, jo potiskamo v celico in opazujemo, kako močno se celica temu upira. Spodnji film prikazuje tak eksperiment. Pod sliko celice se izrisuje graf sile, s katero se celica upira pritiskanju kroglice.
Spodnja slika prikazuje primer rezultatov meritve trdote celic z optično pinceto, če jim z različnimi učinkovinami porušimo citoskelet. Trdoto celice razberemo iz grafa, ki prikazuje silo, s katero kroglica pritiska na celico.
Eritrociti so posebne celice in nimajo citoskeleta (v njihovi notranjosti je le hemoglobin, s katerim prenašajo kisik), zato so mehki in se brez težav stisnejo tudi skozi najtanjše kapilare. Spodnji film prikazuje vsesavanje eritrocita v tanko stekleno cevko, ki ima širino najtanjše krvne žilice – kapilare.
Kako sploh vemo, da citoskelet obstaja?
Citoskelet je sestavljen iz tankih proteinskih filamentov, ki so premajhni da bi jih opazili z navadnim optičnim mikroskopom. Kako potem sploh vemo, da zares obstaja? Seveda so znanstveniki iznašli tehnike, ki omogočajo opazovanje tudi tako majhnih celičnih struktur. Ena od njih je konfokalna mikroskopija, pri kateri citoskelet označimo s fluorescenčnimi molekulami in celice nato pogledamo v temi. Ker v temi svetijo le označene strukture, jih lahko enostavno razločimo od okolice. Spodnji film prikazuje nastanek slike s konfokalnim mikroskopom. Z njim najprej posnamemo posamične vodoravne rezine vzorca, nato pa nam računalnik sestavi 3D sliko. Na filmu sta označeni dve vrsti citoskeleta: z zeleno so označeni mikrotubuli, z rdečo pa keratinski filamenti.
Imajo celice rade vodo?
Čeprav je naše telo v glavnem sestavljeno iz vode, pa celice čiste vode ne marajo. Dobro se počutijo v rahlo slani vodi, npr. v fiziološki raztopini, ki jo dobimo, če v 1 liter vode raztopimo približno 9 gramov soli. Takemu okolju pravimo izotonično okolje. Če se celice znajdejo v hipertoničnem (preslanem) okolju se malo skrčijo, v hipotoničnem (premalo slanem) okolju pa nabreknejo in lahko celo počijo.
Spodnji film prikazuje, kako krvne celice reagirajo na preslano okolje, nato pa še, kako reagirajo na čisto vodo. Čiste vode jim vsekakor ne privoščimo!
Zgornji film smo posneli z uporabo mikrofluidičnega sistema, ki smo ga razvili na našem inštitutu. Tak mikrofluidičen sistem je sestavljen iz kanalčkov, ki so tanjši od lasu in omogočajo eksperimente, ki v epruvetah ne bi bili izvedljivi. Takšnim sistemom se zato reče tudi laboratorij na čipu.
Raziskave na področju celic izvajamo s finančno pomočjo Javne agencije za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije (program P1-0055) in Evropske komisije (ERA-Chair projekt COMPETE). Zgornjo predstavitev smo pripravili v okviru programa Noči raziskovalcev. Vsem najlepša hvala!
