КАМЕРА ТОНКОГО СЛОЯ — МЕТОД ОЦЕНКИ ГРАВИОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ КЛЕТОК В НАЗЕМНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАХ

© А.Ю.Тюрин-Кузьмин
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы космической медицины и биологии"
2008 г.

Проблема гравиочувствительности неспециализированных к восприятию гравитации животных клеток состоит в том, что на микромасштабах силы межмолекулярных взаимодействий значительно превосходят силы гравитационной природы. Однако размеры клетки являются пограничными между размерами, в которых эффективна гравитационно-зависимая (свободная) конвекция, и размерами, в которых эффективна считающаяся гравитационно-независимой диффузия. Поэтому с определенностью утверждать о «подвластности» гравитации внутриклеточных процессов пока трудно. Такое свойство невесомости, как отсутствие выделенного направления тяготения моделируется в условиях земной силы тяжести с помощью клиностатирования — непрерывного изменения положения объекта относительно вектора гравитации (например, его вращения относительно горизонтальной оси). Скорость такого вращения подбирается эмпирически — она не должна быть слишком высокой, чтобы не порождать значительных центробежных сил, но и не слишком низкой, чтобы взаимодействующие с гравитацией процессы в объекте не успевали перестроиться к новому направлению тяготения. Понятно, что скорость перестройки клетки при таком подходе изучать трудно.

Между тем, если допустить, что клетка в условиях земного тяготения является гравитационно поляризованной, то однократное изменение направления силы тяжести должно вызвать в ней процессы приспособления к новому направлению вектора гравитации, за ходом которых можно будет наблюдать, при условии различия окружения сверху и снизу от нее. Однако существующие методы работы с клеточными культурами не вполне подходят для этой задачи. Методы суспензионных культур не позволяют удерживать клетки в определенном положении относительно вектора гравитации. В методах монослойных культур клетки слишком зависят от параметров макроскопической системы, в которую они включены (например, от конвективных потоков культуральной среды в масштабах флакона). Если считать, что земное тяготение практически не влияет на диффузионные процессы, но является причиной свободной конвекции жидкостей и газов, то, чтобы уменьшить зависимость клеток от гравизависимых процессов, протекающих в макросистеме, следует уменьшить возможность конвекции среды в ближайшем окружении клетки. Используя метод хемилюминисценции, нами было исследовано взаимодействие клеток крови человека с чужеродной макроскопической твердой поверхностью, сопровождающееся реакцией «дыхательного взрыва», в условиях, когда клетки были заключены (сжаты) в тонком слое между диализной мембраной, через которую осуществлялось питание клеток, и твердой пластиной, стимулирующей клеточный ответ. Для этого исследования была разработана ячейка, условно называемая «камерой тонкого слоя», допускающая перевороты при сохранении окружения клеток.

Показано значительное различие реакции клеток на поверхность, в зависимости от расположения поверхности сверху и снизу от них, что может свидетельствовать о гравитационной поляризации клеток. Представляется возможным применение камер тонкого слоя с использованием других, (кроме хемилюминисцентного) методов работы с клетками для изучения механизмов гравичувствительности в наземных условиях.