В организмах животных возникают электрические сигналы. Еще до завершения развития электрические поля управляют движением и расположением эмбриональных клеток. У взрослых людей нейроны общаются с другими клетками с помощью электрических импульсов, микротрещины в костях создают вокруг себя крошечное, но заряженное поле, привлекающее клетки для восстановления, а раковые клетки используют биоэлектричество для распространения метастазов. По сути, все клетки в организме действуют как крошечные батарейки, поддерживая разность потенциалов на клеточной мембране за счет ионов. Однако наличие этого мембранного потенциала — не единственное условие, необходимое для генерации электрических сигналов. Считалось, что некоторые клетки, например клетки кожи, не генерируют собственных электрических сигналов.

Теперь в исследовании, опубликованном сегодня в «Трудах Национальной академии наук», учёные опровергли это предположение, показав, что повреждённые клетки кожи вырабатывают электрические импульсы, подобно нейронам в мозге. Более глубокое понимание этих заряженных эпителиальных искр может способствовать разработке усовершенствованных биоэлектрических медицинских устройств.

Известно, что эпителиальные клетки реагируют на внешние электрические раздражители. Мембранный потенциал эпителиальных клеток и биоэлектрические сети в тканях стали важнейшими факторами морфогенеза и регенерации тканей у таких животных, как головастики, саламандры и плоские черви.1 Ученые наблюдали миграцию клеток кожи, помещенных во внешние электрические поля, и использовали это свойство для разработки заживляющих раны электронных повязок и других устройств. Хотя во многих из этих исследований упоминается биоэлектрическая передача сигналов между клетками кожи, ни в одном из них не сообщалось о прямом наблюдении электрических импульсов.

Чтобы восполнить этот пробел в знаниях, Стив Граник, специалист по полимерам из Массачусетского университета в Амхерсте, и Сан-Мин Ю, научный сотрудник в группе Граника, вырастили эпителиальные клетки собак на чипе и повредили их лазером. Когда они записали электрофизиологическую активность клеток через 10 минут после воздействия лазером, они увидели всплески активности, которые продолжались не менее пяти часов. Различные фазы электрических всплесков были похожи на нейронные, за исключением того, что они были медленнее на одну-две секунды. Юй также наблюдал распространение электрических сигналов со скоростью 10 миллиметров в секунду на расстоянии до 500 микрометров от клетки, которая их генерировала. Команда повторила эксперимент с использованием клеток кожи человека и получила те же результаты.

«При повреждении [эпителиальные клетки] «кричат» своим соседям, медленно, настойчиво и на удивление большие расстояния. Это похоже на нервный импульс, но в 1000 раз медленнее», — сказал Граник в заявлении.

Принимая во внимание важную роль, которую нейронные импульсы играют в познании, формировании памяти и сложных вычислениях, Граник и Ю сочли сходство между эпителиальными и нейронными импульсами провокационным. Однако многое ещё предстоит выяснить. Какие ионные каналы участвуют в генерации этих импульсов? Почему они возникают только после повреждения клеток кожи? Чем их функция отличается от функции нейронных импульсов? Это лишь некоторые из вопросов, на которые команда стремится ответить в дальнейшем, и которые могут иметь различные потенциальные последствия. «Понимание этих криков, издаваемых ранеными клетками, открывает двери, о существовании которых мы даже не подозревали», — говорится в заявлении Ю.

Автор: Сахана Ситараман, доктор философии, научный журналист и стажер The Scientist, специалист в области нейробиологии и микробиологии.