Las partículas celulares se mueven más rápidamente a través de un entorno celular abarrotado cuando las moléculas apiñadas no se distribuyen de manera uniforme. Una nueva investigación también muestra que el transporte de partículas en células abarrotadas puede ser más rápido que el movimiento en un entorno no abarrotado siempre que las partículas se muevan de áreas densamente abarrotadas a áreas menos abarrotadas. Comprender la velocidad a la que se mueven las partículas en estos entornos puede ayudar a los investigadores a comprender mejor los procesos celulares que requieren múltiples moléculas para "encontrarse" entre sí en el entorno abarrotado de la célula. Un artículo que describe la investigación, por un equipo de científicos de Penn State, aparece en línea en la revista ACS Nano .

"El hacinamiento es común en los sistemas vivos en diferentes escalas de longitud, desde pasillos concurridos hasta el citoplasma celular denso, "dijo Ayusman Sen, Verne M. Willaman Profesor de Química y Profesor Distinguido de Química e Ingeniería Química en Penn State y uno de los líderes del equipo de investigación. "El interior de las células es muy, muy lleno de proteínas, macromoléculas y orgánulos. Las moléculas que están involucradas en las reacciones químicas requeridas por la célula deben ser transportadas a través de este hacinamiento, ambiente viscoso para encontrar sus reactivos asociados. Si el ambiente está uniformemente abarrotado, el movimiento se ralentiza, pero sabemos que el interior de una celda no es uniforme; hay gradientes de macromoléculas y otras especies. Entonces, estábamos interesados ​​en cómo estos gradientes influirían en el transporte a nanoescala ".

Los investigadores compararon el movimiento de varios coloides "trazadores" (partículas insolubles suspendidas en un líquido) a través de diferentes entornos utilizando microfluidos. Un dispositivo de microfluidos puede llenarse con diferentes soluciones en las que los investigadores establecen gradientes, de mayor a menor, de macromoléculas "crowder" en el fluido. Los trazadores que puede ser grande o pequeño, duro o blando y deformable, están etiquetados con fluorescencia, lo que permite a los investigadores seguir su movimiento con un microscopio confocal.

"Nos sorprendió ver que los trazadores se movían más rápido en gradientes de aglomeraciones que a través de un fluido sin aglomeraciones en absoluto, "dijo Farzad Mohajerani, estudiante de posgrado en ingeniería química en Penn State y coautor del artículo. "Creemos que las masas densamente pobladas en realidad ejercen presión sobre los trazadores para forzarlos hacia áreas menos densas. Las moléculas trazadoras grandes se mueven más rápido que las pequeñas, y suave los trazadores deformables se movían más rápido que los duros ".

"Lo suave, Los trazadores deformables son mejores representantes de las especies reales que se mueven en las células. "dijo Matthew Collins, estudiante de posgrado en química en Penn State y coautor del artículo. "Creemos que pueden moverse más rápido porque, a diferencia de las partículas duras, pueden pasar a través de áreas más estrechas ".

"Nuestros experimentos y modelos no solo muestran que las moléculas pueden moverse más rápido a través de gradientes de apiñamiento macromolecular, Creemos que estas tasas de movimiento pueden aumentar aún más dentro de las células vivas reales, donde otras moléculas activas en movimiento podrían aumentar la presión de apiñamiento, "dijo el Senador.