Cellpartiklar rör sig snabbare genom en trång cellulär miljö när trängselmolekylerna är ojämnt fördelade. Ny forskning visar också att partikeltransport i trånga celler faktiskt kan vara snabbare än rörelse i en icke-trång miljö så länge partiklarna rör sig från tätbefolkade områden till mindre trånga områden. Att förstå hastigheten med vilken partiklar rör sig i dessa miljöer kan hjälpa forskare att bättre förstå cellulära processer som kräver flera molekyler för att "hitta" varandra i den trånga miljön i cellen. En artikel som beskriver forskningen, av ett team av Penn State-forskare, visas online i journalen ACS Nano .

"Trängsel är vanligt i levande system på olika längdskalor, från livliga korridorer ner till tät cellulär cytoplasma, " sade Ayusman Sen, Verne M. Willaman professor i kemi och framstående professor i kemi och kemiteknik vid Penn State och en av ledarna för forskargruppen. "Insidan av celler är mycket, mycket trångt med proteiner, makromolekyler och organeller. Molekyler som är involverade i kemiska reaktioner som cellen kräver måste transporteras genom denna trånga, trögflytande miljö för att hitta sina partnerreagenser. Om miljön är jämnt trång, rörelse saktar ner, men vi vet att insidan av en cell är olikformig; det finns gradienter av makromolekyler och andra arter. Så, vi var intresserade av hur dessa gradienter skulle påverka transport på nanoskala."

Forskarna jämförde rörelsen av olika "spår"-kolloider - olösliga partiklar suspenderade i en vätska - genom olika miljöer med hjälp av mikrofluidik. En mikrofluidisk enhet kan fyllas med olika lösningar där forskarna fastställer gradienter - från hög till låg - av "crowder" makromolekyler i vätskan. Spårämnena, som kan vara stor eller liten, hård eller mjuk och deformerbar, är fluorescerande märkta så att forskarna kan spåra deras rörelser med ett konfokalmikroskop.

"Vi blev förvånade över att se att spårämnena rörde sig snabbare i lutningar av trängsel än de gjorde genom en vätska utan trängsel alls, sa Farzad Mohajerani, en doktorand i kemiteknik vid Penn State och medförfattare till uppsatsen. "Vi tror att de tätt packade folkmassorna faktiskt sätter ett tryck på spårämnena för att tvinga dem mot mindre täta områden. Stora spårmolekyler rörde sig snabbare än små, och mjuk, deformerbara spårämnen rörde sig snabbare än hårda."

"Den mjuka, deformerbara spårämnen är bättre representanter för faktiska arter som rör sig i celler, sa Matthew Collins, en doktorand i kemi vid Penn State och medförfattare till uppsatsen. "Vi tror att de kan röra sig snabbare eftersom, till skillnad från hårda partiklar, de kan tränga sig igenom trångare områden."

"Våra experiment och modell visar inte bara att molekyler kan röra sig snabbare genom gradienter av makromolekylär trängsel, vi tror att dessa rörelsehastigheter kan öka ytterligare inuti faktiska levande celler där andra aktiva rörliga molekyler kan öka trängningstrycket, " sa Sen.