Door de EU gefinancierde onderzoekers uit Duitsland en Polen hebben baanbrekende ontdekkingen gedaan over de viscositeit van celcytoplasma, wat onze kennis van het cytoplasma van kankercellen zou kunnen vergroten.

Onder leiding van onderzoekers van het Instituut voor Fysische Chemie van de Poolse Academie van Wetenschappen (IPC PAS), het team werd mede ondersteund door een subsidie ​​voor Innovatieve Economie van het Europees Fonds voor Regionale Ontwikkeling (EFRO).

Viscositeit is een maat voor de weerstand of dikte van een vloeistof. Hoe minder visceus de vloeistof is, hoe groter de vloeibaarheid of het gemak van beweging die erin zit. Water, bijvoorbeeld, heeft een lage viscositeit, terwijl schat, die helemaal dikker en gloopier zijn, heeft een hogere viscositeit.

Het was Albert Einstein die zich in 1906 voor het eerst richtte op de viscositeit van complexe vloeistoffen. en sindsdien is er veel onderzoek gedaan naar de viscositeit van celcytoplasma.
Door de jaren heen, een bewijsmateriaal is opgebouwd, wat aangeeft dat ondanks een hoge viscositeit van het cytoplasma (resulterend in een theoretisch laag bewegingsgemak in het cytoplasma), de mobiliteit van kleine eiwitten in het cytoplasma is in feite erg hoog - enkele magnitudes hoger dan de formule van Einstein aangaf.

In hun studie hebben gepubliceerd in het tijdschrift Nano-letters , het team onderzoekt hoe kleine eiwitmoleculen deze cytoplasma-viscositeit bijna niet ervaren tijdens het bewegen in de cel. Ze beschrijven de veranderingen in viscositeit zoals gemeten in verschillende oplossingen en ervaren door sondes, variërend in grootte van nano- tot macroschaal.

"We hebben onze eerdere formules en conclusies verbeterd om ze met succes toe te passen op een groter aantal systemen, inclusief de eerste beschrijving van de viscositeit van het cytoplasma in kankercellen, " zegt professor Robert Holyst van de IPC PAS.

Het team was in staat om de viscositeitsveranderingen te beschrijven met behulp van één fenomenologische formule die coëfficiënten van dezelfde fysieke aard bevat. De coëfficiënten geven een beschrijving voor zowel het vloeibare medium (gevuld met een netwerk van langketenige polymeren of clusters van moleculen, bijvoorbeeld) en wat voor soort sonde (bijvoorbeeld een eiwitmolecuul) in het medium beweegt.

De nieuwe formule kan vervolgens worden gebruikt voor sondes van een fractie van nanometer tot enkele centimeters groot.

De gevonden relaties waren over het algemeen geldig voor verschillende soorten vloeistoffen, waaronder oplossingen met een elastische microscopische structuur (bijvoorbeeld polymeernetwerken in verschillende oplosmiddelen) en microscopisch starre systemen (bijvoorbeeld samengesteld uit langwerpige aggregaten van moleculen - micellen).

Het team paste deze nieuwe formules ook toe om de mobiliteit van DNA-fragmenten en andere sondes in muisspiercellen en menselijke kankercellen te beschrijven. "We zijn erin geslaagd aan te tonen dat de vloeistofviscositeit in de cel niet alleen afhangt van de intracellulaire structuur, maar ook van de grootte van de sonde die wordt gebruikt bij de viscositeitsmeting, ' zegt Tomasz Kalwarczyk, een promovendus van de IPC PAS. 'Ons onderzoek resulteerde in een nieuwe methode om celstructuur te karakteriseren - door de viscositeit van het cytoplasma te meten."

De implicaties van dit onderzoek zijn verstrekkend. Wetenschappers kunnen de migratietijd van medicijnen die in cellen worden geïntroduceerd nu beter inschatten. en deze kennis kan ook worden toegepast op nanotechnologieën, bijvoorbeeld bij de fabricage van nanodeeltjes met micellaire oplossingen.

De bevindingen van het onderzoek zullen ook een impact hebben op geavanceerde meetmethoden zoals dynamische lichtverstrooiing, waarmee suspensies van moleculen op grootte kunnen worden geanalyseerd.