Le particelle cellulari si muovono più rapidamente attraverso un ambiente cellulare affollato quando le molecole affollate sono distribuite in modo non uniforme. Una nuova ricerca mostra anche che il trasporto di particelle in cellule affollate può effettivamente essere più veloce del movimento in un ambiente non affollato, purché le particelle si muovano da aree densamente affollate a aree meno affollate. Comprendere la velocità con cui le particelle si muovono in questi ambienti può aiutare i ricercatori a comprendere meglio i processi cellulari che richiedono più molecole per "trovarsi" l'un l'altra nell'ambiente affollato della cellula. Un documento che descrive la ricerca, da un team di scienziati della Penn State, appare online sulla rivista ACS Nano .

"L'affollamento è comune nei sistemi viventi a diverse scale di lunghezza, dai corridoi affollati fino al denso citoplasma cellulare, " ha detto Ayusman Sen, Verne M. Willaman Professore di Chimica e Distinguished Professor di Chimica e Ingegneria Chimica alla Penn State e uno dei leader del gruppo di ricerca. "L'interno delle cellule è molto, molto ricco di proteine, macromolecole e organelli. Le molecole coinvolte nelle reazioni chimiche richieste dalla cellula devono essere trasportate attraverso questo affollato, ambiente viscoso per trovare i reagenti partner. Se l'ambiente è uniformemente affollato, il movimento rallenta, ma sappiamo che l'interno di una cellula non è uniforme; ci sono gradienti di macromolecole e altre specie. Così, eravamo interessati a come questi gradienti avrebbero influenzato il trasporto su scala nanometrica".

I ricercatori hanno confrontato il movimento di vari colloidi "traccianti", particelle insolubili sospese in un liquido, attraverso ambienti diversi utilizzando la microfluidica. Un dispositivo microfluidico può essere riempito con diverse soluzioni in cui i ricercatori stabiliscono gradienti, dall'alto al basso, delle macromolecole "folla" nel fluido. I traccianti, che può essere grande o piccolo, duro o morbido e deformabile, sono etichettati in modo fluorescente consentendo ai ricercatori di monitorare il loro movimento con un microscopio confocale.

"Siamo rimasti sorpresi nel vedere che i traccianti si muovevano più velocemente nei gradienti di crowder rispetto a quanto non facessero attraverso un fluido senza alcun crowder, " disse Farzad Mohajerani, uno studente laureato in ingegneria chimica alla Penn State e co-primo autore dell'articolo. "Pensiamo che i crowder densamente ammassati abbiano effettivamente esercitato una pressione sui traccianti per costringerli verso aree meno dense. Le grandi molecole traccianti si sono mosse più velocemente di quelle piccole, e morbido, i traccianti deformabili si muovevano più velocemente di quelli duri."

"Il morbido, i traccianti deformabili sono i migliori rappresentanti delle specie reali che si muovono nelle cellule, " ha detto Matthew Collins, uno studente laureato in chimica alla Penn State e co-primo autore del documento. "Pensiamo che possano muoversi più velocemente perché, a differenza delle particelle dure, possono spremere attraverso aree più ristrette."

"I nostri esperimenti e il nostro modello non solo mostrano che le molecole possono muoversi più velocemente attraverso gradienti di affollamento macromolecolare, pensiamo che queste velocità di movimento possano aumentare ulteriormente all'interno delle cellule viventi reali dove altre molecole in movimento attive potrebbero aumentare la pressione di affollamento, " ha detto il sen.