Nu har forskare vid University of California, Santa Barbara utvecklat ett nytt sätt att studera flimmerhåren med hjälp av höghastighetsmikroskopi. Deras resultat, publicerade i tidskriften eLife, ger nya insikter om flimmerhårens mekanik och hur de genererar rörelse.
"Cilia är dessa små hårliknande strukturer som sticker ut från cellytan", säger Melissa Zhang, studiens första författare och doktorand vid avdelningen för molekylär, cellulär och utvecklingsbiologi vid UC Santa Barbara. "De är verkligen viktiga för många olika funktioner, men vi förstår inte helt hur de fungerar."
En av de största utmaningarna med att studera flimmerhåren är att de är mycket små, vanligtvis bara några mikrometer långa. Detta gör det svårt att se dem tydligt med traditionella bildtekniker. För att övervinna denna utmaning använde Zhang och hennes kollegor en specialiserad typ av höghastighetsmikroskopi som kallas differential interference contrast (DIC) mikroskopi.
DIC-mikroskopi använder polariserat ljus för att skapa en högkontrastbild av provet. Detta gjorde det möjligt för forskarna att visualisera flimmerhåren i mycket större detalj än vad som tidigare varit möjligt.
Förutom att använda DIC-mikroskopi utvecklade forskarna också ett nytt sätt att förbereda flimmerhåren för avbildning. De använde en teknik som kallas superupplösning fotoaktiverad lokaliseringsmikroskopi (PALM) för att märka flimmerhåren med fluorescerande molekyler. Detta gjorde det möjligt för dem att spåra flimmerhårens rörelse över tiden.
Med hjälp av dessa nya tekniker kunde forskarna göra flera viktiga upptäckter om flimmerhåren. De fann att flimmerhåren består av en serie upprepade enheter som kallas axonemes. Varje axoneme består av en mikrotubuli dublett, som är ett par mikrotubuli som är kopplade till varandra.
Forskarna fann också att flimmerhåren rör sig på ett vågliknande sätt. Vågorna genereras av mikrotubuli dubletter, som böjer och rätar ut på ett koordinerat sätt.
"Vi kunde se att flimmerhåren rör sig på ett mycket specifikt sätt", sa Zhang. "De böjer och rätar ut i ett vågliknande mönster, och det är detta som genererar vätskans rörelse."
Forskarnas resultat ger nya insikter om flimmerhårens mekanik och hur de genererar rörelse. Detta kan leda till en bättre förståelse för en mängd olika sjukdomar som är förknippade med ciliadysfunktion, såsom primär ciliär dyskinesi (PCD) och polycystisk njursjukdom (PKD).
