(Phys.org) – Kleine cellulaire structuren, cilia genaamd, spelen een cruciale rol in een verscheidenheid aan lichaamsfuncties, waaronder vloeiende bewegingen, het waarnemen van de omgeving en celsignalering. Onderzoekers zijn al lang geïnteresseerd in het begrijpen hoe cilia werken, maar hun complexe structuur en gedrag maken het moeilijk om ze te bestuderen.

Nu hebben onderzoekers van de Universiteit van Californië, Santa Barbara, een nieuwe manier ontwikkeld om cilia te bestuderen met behulp van hogesnelheidsmicroscopie. Hun bevindingen, gepubliceerd in het tijdschrift eLife, bieden nieuwe inzichten in de werking van cilia en hoe ze beweging genereren.

"Cilia zijn deze kleine haarachtige structuren die uit het celoppervlak steken", zegt Melissa Zhang, de eerste auteur van het onderzoek en een afgestudeerde student aan de afdeling Moleculaire, Cellulaire en Ontwikkelingsbiologie aan de UC Santa Barbara. "Ze zijn erg belangrijk voor veel verschillende functies, maar we begrijpen niet helemaal hoe ze werken."

Een van de grootste uitdagingen bij het bestuderen van cilia is dat ze erg klein zijn, doorgaans slechts enkele micrometers lang. Dit maakt het moeilijk om ze duidelijk te zien met behulp van traditionele beeldvormingstechnieken. Om deze uitdaging te overwinnen, gebruikten Zhang en haar collega's een gespecialiseerd type hogesnelheidsmicroscopie, differentiële interferentiecontrastmicroscopie (DIC) genoemd.

DIC-microscopie maakt gebruik van gepolariseerd licht om een ​​contrastrijk beeld van het monster te creëren. Hierdoor konden de onderzoekers de cilia veel gedetailleerder visualiseren dan voorheen mogelijk was.

Naast het gebruik van DIC-microscopie ontwikkelden de onderzoekers ook een nieuwe manier om de cilia voor te bereiden op beeldvorming. Ze gebruikten een techniek genaamd superresolutie fotogeactiveerde lokalisatiemicroscopie (PALM) om de cilia te labelen met fluorescerende moleculen. Hierdoor konden ze de beweging van de cilia in de loop van de tijd volgen.

Met behulp van deze nieuwe technieken konden de onderzoekers verschillende belangrijke ontdekkingen doen over cilia. Ze ontdekten dat cilia bestaan ​​uit een reeks zich herhalende eenheden, axonemen genaamd. Elk axoneme bestaat uit een microtubuli-doublet, een paar microtubuli die met elkaar verbonden zijn.

De onderzoekers ontdekten ook dat de cilia golfachtig bewegen. De golven worden gegenereerd door de microtubuli-doubletten, die op een gecoördineerde manier buigen en rechttrekken.

"We konden zien dat de cilia op een heel specifieke manier bewegen", zei Zhang. "Ze buigen en strekken zich uit in een golfachtig patroon, en dit genereert de beweging van de vloeistof."

De bevindingen van de onderzoekers bieden nieuwe inzichten in de werking van cilia en hoe ze beweging genereren. Dit zou kunnen leiden tot een beter begrip van een verscheidenheid aan ziekten die geassocieerd zijn met cilia-disfunctie, zoals primaire ciliaire dyskinesie (PCD) en polycystische nierziekte (PKD).