Диффузия липопротеинов в плотной желточной плазме определяется мягкостью, гидродинамикой и клеткой
В исследовании, опубликованном в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, международная группа ученых под руководством Кристиана Гутта и Нимми Дас Антупарамбил из Университета Зигена и DESY в Гамбурге раскрыла физические принципы, управляющие движением липопротеинов в плазме яичного желтка — полупрозрачном, жидком компоненте яичного желтка. Используя передовую рентгеновскую методику на Европейском рентгеновском лазере на свободных электронах (European XFEL), ученые наблюдали за частицами, переносящими жир, в микросекундном масштабе времени — делая снимки, более чем в миллион раз быстрее, чем моргание глаза. В работе было показано, что диффузия липопротеинов в плотном яичном желтке не подчиняется общепринятому закону. Обычно диффузия предсказуемо замедляется с увеличением вязкости жидкости, что описывается соотношением Стокса–Эйнштейна. Однако в этой плотной среде мягкие липопротеинов движутся гораздо медленнее, чем ожидалось. Это означает, что для понимания переноса в сложных биологических жидкостях необходимы новые модели.
Рис. European XFEL GmbH. Схема наночастиц липопротеинов (переносчиков жира) в желточной плазме. Окруженные соседними частицами и ливетинами (белками желточной плазмы), липопротеинов могут временно задерживаться в наноразмерных "клетках". Источник: Университет Зигена.
Из-за чрезвычайно высокой плотности частиц внутри желтка традиционные методы не позволяли зафиксировать движение этих частиц. Для решения этой проблемы учёные использовали мегагерцовую рентгеновскую фотонную корреляционную спектроскопию на Европейском рентгеновском лазере на свободных электронах (European XFEL). Это позволило исследовать структурную динамику в микросекундном масштабе времени.
Ограничение движения значительно замедляет перемещение липопротеинов — до 100 раз по сравнению с разбавленными растворами. Удивительно, но, несмотря на это замедление, яичный желток ведет себя не как твердое вещество, а как густая, но текучая жидкость. Что обеспечивает безопасное хранение и контролируемый транспорт питательных веществ, когда они необходимы эмбриону.
Понимание того, как частицы движутся в плотных биологических жидкостях, имеет значение далеко за пределами эмбрионального развития. Аналогичные плотные среды существуют внутри живых клеток, в богатых белками растворах и в системах доставки лекарств, использующих липопротеины в качестве природных наноносителей. В данном исследовании, сочетающем сверхбыстрые рентгеновские эксперименты с новой теоретической моделью, устанавливается количественная связь между микроскопической структурой и крупномасштабным переносом в плотных системах мягких материалов.
