Jej praca pokazuje, że współczesna biologia coraz częściej nie mieści się w granicach jednej dziedziny. Żeby zrozumieć komórkę, trzeba patrzeć na nią nie tylko oczami biologa, lecz także fizyka, inżyniera i matematyka. Bo kształt komórki nie jest przypadkiem. Wynika z sił, napięć, reakcji na otoczenie i wewnętrznej organizacji mikroskopijnego świata.
„Zawsze mówię, że komórki nie interesuje, czy to jest biologia czy fizyka” – mówi prof. Ewa Paluch.
To zdanie dobrze oddaje sens jej badań. Komórka korzysta ze wszystkiego, co jest dla niej dostępne: chemii, mechaniki, sygnałów z otoczenia i własnej struktury. A naukowcy dopiero uczą się odczytywać ten język z odpowiednią precyzją.
Kształt komórki jest czymś więcej niż szczegółem widocznym pod mikroskopem. Często zdradza, jaką funkcję pełni komórka i czy działa prawidłowo. Neuron wygląda inaczej niż komórka mięśniowa, komórka nabłonkowa inaczej niż komórka odpornościowa. Forma jest związana z zadaniem.
W medycynie od dawna wykorzystuje się tę zasadę. Badania histopatologiczne polegają między innymi na oglądaniu komórek i tkanek pod mikroskopem. Doświadczony specjalista może zauważyć nieregularność, zaburzoną organizację i inne cechy, które sugerują proces chorobowy.
Prof. Paluch zwraca uwagę, że po samym wyglądzie komórki często można podejrzewać, że coś jest nie tak. Tkanka nowotworowa bywa nieregularna, chaotyczna, „niechlujna” w swojej organizacji. Problem polega na tym, że nauka nadal nie rozumie w pełni, skąd biorą się wszystkie zmiany kształtu i jakie mechanizmy nimi sterują.
To właśnie tu zaczyna się fascynująca praca badaczy. Chodzi nie tylko o rozpoznanie, że komórka wygląda inaczej. Chodzi o zrozumienie, dlaczego tak się dzieje.
Badania prof. Ewy Paluch dotyczą nie tylko kształtu komórek, ale także ich przemieszczania się. Migracja komórek jest jednym z podstawowych procesów życia. Bez niej nie byłby możliwy prawidłowy rozwój zarodka, tworzenie tkanek ani wiele procesów naprawczych w dorosłym organizmie.
Dobrym przykładem jest gojenie rany. Gdy dochodzi do przecięcia skóry, organizm uruchamia kilka mechanizmów obronnych i naprawczych. Jednym z nich jest ruch komórek, które przesuwają się z obu stron uszkodzenia, aby zamknąć ranę.
Ten sam proces ma jednak także ciemniejszą stronę. Zdolność komórek do migracji jest wykorzystywana przez nowotwory. Gdy komórki rakowe zaczynają się przemieszczać, mogą tworzyć przerzuty, a leczenie staje się znacznie trudniejsze. Wtedy plastyczność komórki, czyli jej zdolność do zmiany formy i dostosowania się do nowych warunków, staje się dla organizmu zagrożeniem.
Dlatego zrozumienie ruchu komórek ma tak duże znaczenie. Może pomóc lepiej wyjaśnić, jak organizm się rozwija, jak się regeneruje i dlaczego niektóre choroby stają się tak trudne do zatrzymania.
Przez wiele lat ocena komórek pod mikroskopem zależała głównie od oka naukowca lub lekarza. To ogromna wiedza, doświadczenie i intuicja, ale także metoda mająca swoje ograniczenia. Człowiek może przeanalizować tylko określoną liczbę obrazów, a subtelne różnice bywają trudne do uchwycenia.
Dziś coraz większą rolę zaczyna odgrywać sztuczna inteligencja. Algorytmy mogą analizować obrazy mikroskopowe szybciej, dokładniej i na skalę, która jeszcze niedawno była niemożliwa. Mogą wykrywać wzorce niewidoczne dla ludzkiego oka, porównywać tysiące komórek i pomagać badaczom zadawać zupełnie nowe pytania.
Nie chodzi jednak o zastąpienie badacza przez maszynę. Największy potencjał tkwi w połączeniu ludzkiej ciekawości, wiedzy biologicznej i narzędzi obliczeniowych. Dzięki temu biologia komórki może wejść w etap, w którym z mikroskopowych obrazów da się wydobywać znacznie więcej informacji niż dotąd.
Badania nad kształtem komórek prowadzą do bardzo ciekawego wniosku: życie nie jest wyłącznie zbiorem reakcji chemicznych. Jest także zjawiskiem mechanicznym. Komórki odczuwają napięcie, reagują na twardość podłoża, zmieniają kształt pod wpływem sił i same potrafią te siły wytwarzać.
Jeśli komórkę macierzystą umieści się na miękkim albo twardszym podłożu, może zachowywać się inaczej, mimo że otaczają ją podobne substancje chemiczne. To oznacza, że mechaniczne właściwości środowiska mogą wpływać na jej dalszy los.
To niezwykle ważne dla przyszłości biologii, medycyny regeneracyjnej i inżynierii tkankowej. Jeśli naukowcy chcą kiedyś skuteczniej odtwarzać tkanki, hodować modele narządów albo lepiej rozumieć choroby, muszą wiedzieć, jak komórki podejmują decyzje. A te decyzje zależą nie tylko od genów i sygnałów chemicznych, lecz także od fizycznego świata, w którym komórka żyje.
Prof. Ewa Paluch była jedną z gwiazd tegorocznego Copernicus Festival w Krakowie.
Podczas festiwalu badaczka opowiadała o tym, dlaczego kształt komórek ma znaczenie i jak łączenie biologii z fizyką prowadzi do nowych pytań. To świetny przykład popularyzacji nauki na wysokim poziomie: temat jest zaawansowany, ale dotyczy czegoś bardzo bliskiego każdemu człowiekowi. W końcu nasze ciało jest zbudowane z komórek, które nieustannie pracują, przemieszczają się, komunikują i zmieniają.
W takich spotkaniach najpiękniejsze jest to, że pokazują naukę jako żywą opowieść, a nie zamknięty zbiór faktów z podręcznika. Zrozumienie jednej komórki może prowadzić do pytań o cały organizm, chorobę, rozwój, starzenie i przyszłość medycyny.
paluchlab.uk/mrclmb.ac.uk/onet.pl/pż