211service.com
Labāks veids, kā savienot šūnas
Izpratne par to, kā smadzeņu un sirds šūnas apstrādā un ģenerē elektriskos signālus, var radīt jaunu izpratni par neiroloģiskām un sirds slimībām. Tomēr vēl pirms dažiem gadiem vienkārši nebija iespējams veikt elektriskos ierakstus atsevišķu šūnu līmenī. 2006. gadā Hārvardas pētnieki izmantoja nanovadu tranzistorus, lai izmērītu elektriskos signālus 50 punktos gar vienu neironu. Tagad tā pati pētnieku grupa ir izstrādājusi jaunu nanovadu ierakstīšanas sistēmu un izmantojusi to, lai uzņemtu dažus no visprecīzākajiem, augstas kvalitātes elektriskajiem ierakstiem, kas jebkad veikti no sirds šūnām.
Šūnu signāli : Šūnas, kas audzētas uz elastīga plastmasas substrāta, kas iezīmēta sarkanā krāsā, ar mikroskopa palīdzību tiek novietotas virs nanovadu tranzistoru bloka. Citas sastāvdaļas, kas iezīmētas ar krāsainām bultiņām, ietver sildīšanas sistēmu, lai uzturētu kameras siltas (zilā krāsā), elektriskās ievades (sarkanā krāsā) un manipulatoru šūnu pārvietošanai (zaļa).
Hārvardas darbs, ko vadīja ķīmijas un ķīmiskās bioloģijas profesors Čārlzs Dārgais , ir pētniecības priekšgalā, integrējot nanovadu nanotehnoloģiju un biozinātni, saka Džuns Lins Vans , Regents profesors Nanostruktūru raksturošanas centrā, Georgia Tech.
Nanomēroga ierīces, kas elektriski saskaras ar šūnām, var palīdzēt ne tikai labāk izprast slimību izcelsmi, bet arī uzlabot nervu protēzes un citas medicīniskās ierīces.
Lībers saka, ka viņa laboratorijas mērķis ir izveidot elektriskās ierīces, kas saskaras ar bioloģiskiem audiem bioloģiski nozīmīgā mērogā, citiem vārdiem sakot, nanomērogā. Šūnas apstrādā elektriskos signālus, kad šie signāli virzās uz leju šūnas garumā; subcelulārajai elektriskā apstrādei, kas notiek, piemēram, neironos, ir svarīga loma normālā un patoloģiskajā mācībā un atmiņā. Ja vēlaties saprast, kā signāli izplatās un kāpēc tas nenotiek tā, kā vajadzētu, piemēram, epilepsijas vai sirds aritmijas gadījumā, jums ir jāveic precīzi mērījumi, saka Lībers.
Lai izveidotu šādus smalka mēroga ierakstus, Lībers izmanto tranzistorus, kas izgatavoti no silīcija stieplēm, kuru diametrs ir tikai desmitiem nanometru. Nanovadi tiek audzēti reakcijas kamerā, pēc tam izlīdzināti uz silīcija plāksnītes un tiek piegādāti ar metāla elektrodiem un starpsavienojumiem. Līdz šim pētnieki ir audzējuši šūnas uz mikroshēmas, lai savienotu nanovadus ar šūnām.
Mēs sapratām, ka nav obligāti jāaudzē šūnas uz substrāta, saka Lībers. Tā vietā šonedēļ tiešsaistē aprakstītajos pētījumos Proceedings of the National Academy of Sciences , Hārvardas grupa audzē šūnas uz elastīga polimēra loksnēm. Nanovadi paši par sevi ir šūnām draudzīgi, taču stingra silīcija plāksne nav draudzīgākā vieta bioloģisko audu augšanai. Audzējot audus atsevišķi uz plastmasas substrātiem, Hārvardas pētnieki var iegūt labākus audu paraugus darbam. Labāki paraugi nozīmē jēgpilnākus mērījumus. Un tā kā Hārvardas pētnieki mikroskopā var novietot audus virs nanovadiem, viņi var izvēlēties noteiktas audu zonas vai noteiktas šūnas, no kurām veikt ierakstu. Spēja nogādāt jau augošu šūnu grupu saskarē ar ierakstīšanas masīvu arī būs ļoti svarīga turpmāko implantu izgatavošanai.
Modulārā pieeja ir diezgan eleganta, saka Peidongs Jangs , ķīmijas profesors Kalifornijas Universitātē Bērklijā. Jangs ir izmantojis nanovadu blokus, lai izpētītu elektrisko ieeju ietekmi uz cilmes šūnu attīstību.
Līdz šim Hārvardas grupa ir izmantojusi modulāro sistēmu, lai reģistrētu elektrisko aktivitāti sirds audos. Vienā eksperimentā, saka Lībers, viņi spēja orientēt audus virs nanovadu blokiem, lai veiktu detalizētus elektrisko savienojumu ierakstus starp trim sirds šūnām. Viņš saka, ka izplatīšanās ātrumi nav vienādi un ir atkarīgi no to savienojamības detaļām. Piemēram, savienojums starp divām šūnām uzrādīja lielāku elektrisko pretestību nekā starp citām.
Lai saprastu, ko šie detalizētie biofizikālie mērījumi nozīmē veselības un slimību ziņā, būs jāveic un jāanalizē vēl daudzi no tiem. Bet, saka Yang, Lībera darbs parāda, ka ir iespējams veikt sarežģītus, augstas telpiskās un laika izšķirtspējas mērījumus.
Šis pētījums paplašina nanotehnoloģiju pielietojumu šūnu saskarnē, kas, iespējams, ir viens no daudzsološākajiem nanovadu bioloģiskajiem lietojumiem. Nikolass Kotovs , ķīmijas inženierijas profesors Mičiganas Universitātē. Nanomateriālu izstrāde šim nolūkam var palīdzēt daudziem cilvēkiem ar postošām slimībām, kas saistītas ar signālu pārraides pārtraukšanu starp šūnām.
Lībers tagad izmanto modulāro sistēmu, lai veiktu ierakstus no trauslākiem nervu audiem, un viņš izstrādā jaunus nanovadu sakārtošanas veidus. Viens no iemesliem, kāpēc šie mazie vadi var izveidot tik labus elektriskos savienojumus ar šūnām, ir tas, ka liels virsmas laukums nonāk saskarē ar apkārtējiem audiem. Izgatavojot dažādu konfigurāciju nanovadu blokus, Lībers cer atklāt vēl vairāk vadu virsmu mijiedarbībai ar šūnām.
Grupa strādā arī pie nanovadu ierīcēm, kas var vienlaikus ierakstīt gan elektriskos, gan ķīmiskos signālus. Lībera iepriekšējais darbs ir parādījis, ka nanovadu tranzistori, kas dekorēti ar saistošām molekulām, var darboties kā ārkārtīgi jutīgi ķīmiskie sensori: to vadītspēja mainās paredzamā veidā, kad tie saistās ar interesējošo molekulu, piemēram, neirotransmiteru. Vienlaicīga elektrisko signālu, hormonu, neirotransmiteru un citu ķīmisko vielu ietekmes reģistrēšana sniegtu integrētāku priekšstatu par bioloģiskajām funkcijām.