תאים חיים מתקררים הרבה יותר לאט ממה שההבנה הנוכחית שלנו לגבי הולכת חום יכולה להסביר, על פי מחקר חדש מאוניברסיטת טוקיו. החוקרים השתמשו בשתי טכניקות – מיפוי טמפרטורה במהירות גבוהה וחימום מלאכותי – כדי לראות כיצד חום מתפזר מתאי חיים ושקים מלאכותיים מלאי נוזלים (ליפוזומים) בגודל דומה.
בעוד שהחום התפזר במהירות מהליפוזומים המלאכותיים כצפוי, התאים התקררו לאט יותר באופן משמעותי בגלל ביומולקולות אחרות בתוך התא. הבנת התהליך מאחורי פיזור חום איטי יותר בתוך התאים עשויה להשפיע על האופן שבו אנו מטפלים במצבים הקשורים לשינויים בטמפרטורת הגוף, כגון אפילפסיה, דלקת וסרטן.
האם אתה נוטה להתחמם קצת או שאתה מגניב כמו מלפפון? טמפרטורת הגוף הפנימית שלך היא תוצר הלוואי של כל העבודה שהתאים שלך עושים כדי לשמור אותך לחיות, לנוע ולשגשג. לאחרונה, חוקרים מצאו כי נראה כי יצירת חום ספונטנית בתאים שלנו, שיכולה להשתנות ב-1-2 מעלות צלזיוס, ממלאת תפקיד חשוב בהנעת כמה פעילויות ותפקודים מרכזיים מבוססי תאים. עד כה, זה כולל שינוי תאי גזע עצביים לנוירונים ותגובת הלם חום, המגנה על תאים לחוצים מפני נזק.
מכיוון שהתאים שלנו הם שקים של נוזל דמוי ג'לי ברובו, אין זה מופרך לחשוב שהחום שהם יוצרים יתנהג בהתאם לחוקי הפיזיקה האופייניים החלים על כל הנוזלים. עם זאת, מאמר שפורסם ב-2012 סיפק את המפה הראשונה בעולם של התפלגות הטמפרטורה בתוך תא, יחד עם גילוי מפתיע.
התוצאות שלנו הראו פער עצום בין 'חוקי הפיזיקה' לבין 'מציאות החיים' במונחים של אופן שינוי הטמפרטורה בתוך תא. הרגשנו מונעים לפתור את הסתירה הזו בעצמנו ועכשיו גילינו שתאים הם סביבות מיוחדות מאוד המטפלות בחום בצורה מאוד ייחודית.
Kohki Okabe, מחבר מחקר ופרופסור חבר בפרויקט, בית הספר לתואר שני למדעי התרופות, אוניברסיטת טוקיו
הצוות השתמש במיקרוסקופ רגיש במיוחד (הנקרא מיקרוסקופ הדמיית פלואורסצנציה במהירות גבוהה), יחד עם מדחום בהתאמה אישית כדי למפות את שינויי הטמפרטורה בפירוט בזמן אמת. לאחר חימום חלק מתא בלייזר אינפרא אדום, הם עקבו אחר תהליך הקירור בדיוק של אלפיות השנייה. הצוות ביצע את אותן בדיקות על שקי נוזל (ליפוזומים) מלאכותיים דמויי תאים. לאחר מכן הם השוו את שינויי הטמפרטורה בתוך התאים והליפוזומים עם התחזיות המבוססות על המודלים שלהם.
לפי הפיזיקה המקובלת, החום אמור להתפשט (להתפזר) מנוזל במהירות רבה, מה שהצוות ראה קורה עם הליפוזומים. עם זאת, הם גילו שבתוך תא, החום נוטה "להישאר במקום". הדיפוזיה לא רק הייתה איטית, אלא היא גם הייתה תלויה היכן בתוך התא מחומם ובמולקולות שמסביב. מהתצפיות שלהם, הם הסיקו שקצב השינוי האיטי הוא תכונה מהותית של התאים, ולא בשל תופעת לוואי של שיטת המחקר.
"התופעה של 'חום לא מתפשט' היא כל כך חסרת תקדים שלא יכולנו להסתמך על ספרי לימוד קיימים כדי לפענח את המנגנון הפיזי שמאחורי מה שראינו. תופעה זו הופכת לחלוטין את ההבנה המקובלת שלנו על ראשה", אמר Okabe.
בשלב הבא, החוקרים רוצים להעמיק במנגנונים מאחורי העברת החום האיטית הזו. "אנחנו מאמינים שהחום הכלוא הזה הוא לא רק פסולת; הוא פועל כמקור אנרגיה מרוכז המפעיל פונקציות סלולריות", הסביר אוקבה. "על ידי הגדרה מחדש של חום כ'אות פעיל' שתאים משתמשים בו כדי לשלוט בעצמם – ולא רק תוצר לוואי – אנו מקווים לפתוח דרכים חדשות להבין את החיים ולפתח טיפולים רפואיים חדשניים".
