Изумително откритие: Човешката кожа "вика"

Човешкото тяло е сложна система, изградена от множество взаимодействащи компоненти, които трябва да комуникират помежду си. Част от тази комуникация – особено в нервната система – се осъществява чрез биоелектрически сигнали, които се разпространяват в тялото, за да предизвикат бързи реакции.

Но сега, изследователи от САЩ направиха изненадващо откритие: епителните клетки, които покриват кожата и органите ни, също използват електрически сигнали, за да съобщават за опасност. Те обаче не предават съобщенията мигновено, както невроните, а чрез бавно и продължително „викане“. Това откритие може да разкрие нови възможности за създаването на електромедицински устройства, които ускоряват заздравяването на тъканите.

„Епителните клетки правят неща, за които никой досега не беше помислял,“ казва Стив Граник, учен от Университета на Масачузетс в Амхърст. „Когато са наранени, те буквално ‘крещят’ на своите съседи – бавно, упорито и на изненадващо големи разстояния. Това наподобява нервен импулс, но е 1 000 пъти по-бавно.“

Комуникационните мрежи на тялото го поддържат в работещо състояние. Благодарение на тях например дърпаме ръката си от гореща повърхност, без дори да се замислим – това е работата на нервната система. Сърцето също се контролира чрез електрически сигнали – знание, което позволи създаването на изкуствени пейсмейкъри.

Граник и неговият колега Сун-Мин Ю, биомедицински инженер от същия университет, разработили система за изследване на клетъчната комуникация в епителната тъкан. Те използвали чип, свързан с масив от 60 електрода, който бил покрит с един слой лабораторно култивирани човешки кератиноцити – основните епителни клетки, изграждащи външния слой на кожата.

С помощта на лазер, учените „ужилили“ клетъчния слой и наблюдавали електрическите промени, които последвали. „Проследихме как клетките координират реакцията си – това е като забавен, но възбуден разговор,“ обяснява Ю.

Крещящите клетки: нов механизъм за предаване на сигнали

Записаните електрически сигнали се разпространявали със скорост около 10 милиметра в секунда и достигали до стотици микрометри от мястото на нараняването – наистина значително разстояние за клетъчна комуникация. Учените отбелязват, че това наподобява електрическите калциеви сигнали, наблюдавани при растенията, когато листата им са атакувани от насекоми.

Този тип комуникация разчита на йонни канали – малки пори в клетъчните мембрани, които позволяват транспортирането на заредени йони, предимно калций. Разликата между тези йонни канали и невронните канали е, че епителните клетки реагират на механични стимули, като натиск или разтягане, докато невроните се активират от промени в напрежението или химичния състав.

Още една ключова разлика е продължителността на сигнала. Докато невронните импулси траят едва няколко милисекунди, епителните „викове“ могат да продължат с часове – в някои случаи до 5 часа след първоначалния стимул.

Какво означава това за медицината?

Тъй като това явление тепърва започва да се изучава, предстои още много работа по разбирането на механизмите, които стоят зад него. Все още не е напълно ясно какъв точно е сигналът, който клетките използват, както и дали различните видове епителни клетки комуникират по различен начин. Първоначалните тестове обаче сочат, че калциевите йони играят основна роля в този процес.

Откритието дава обещаващи възможности за създаването на нови биомедицински технологии, като:

• носими сензори, които регистрират реакциите на кожата към наранявания,

• електронни превръзки, които ускоряват зарастването на рани чрез стимулация на клетъчната комуникация.

„Разбирането на тези ‘викове’ между увредените клетки отваря врати към невъобразими до момента медицински иновации,“ казва Ю.

Това изследване, публикувано в Proceedings of the National Academy of Sciences, разкрива напълно нов аспект от клетъчната биология, който може да доведе до значителен напредък в медицината и технологиите.

Епителните клетки, които доскоро се смятаха за „безмълвни“, сега се оказват активни участници в сложната комуникационна мрежа на организма – и това е само началото на изследванията в тази посока.