211service.com
Šūnu uzvedības kontrole ar magnētiem
Pirmo reizi pētnieki ir parādījuši līdzekli šūnu funkciju kontrolei ar fizisku, nevis ķīmisku signālu. Izmantojot magnētisko lauku, lai savilktu kopā sīkas lodītes, kas mērķētas uz konkrētiem šūnu receptoriem, Hārvardas pētnieki lika šūnām uzņemt kalciju, pēc tam apstāties, pēc tam atkal uzņemt. Viņu darbs ir pirmais, kas pierāda, ka šāda līmeņa kontrole pār šūnām ir iespējama. Ja šo pieeju var izmantot ar daudziem šūnu tipiem un šūnu funkcijām, tas var novest pie pilnīgi jaunas terapijas klases, kas paļaujas uz pašām šūnām, lai izveidotu un atbrīvotu zāles.
Šūnas slēdzis: Imūnās šūnas, kas pārklātas ar nanodaļiņām, uzņem kalciju magnētiskā lauka klātbūtnē. Katras nanodaļiņas diametrs ir aptuveni 30 nanometri. Šajā attēlā dzeltenās šūnas uzņem kalciju, reaģējot uz lokalizētu magnētisko lauku. Šūnas, kas atrodas tālāk no lauka, ir parādītas purpursarkanā krāsā un neuzņem kalciju.
Pētījums, kas parādījās žurnālā Dabas nanotehnoloģijas , vadīja Donalds Ingbers , patoloģijas profesors Hārvardas Medicīnas skolā un līdzpriekšsēdētājs Hārvardas bioloģiski iedvesmotās inženierijas institūts . Ingbera grupa demonstrēja savu biomagnētiskās kontroles metodi, izmantojot imūnsistēmas šūnu veidu, kas mediē alerģiskas reakcijas. Antigēnu atdarināšanai in vitro tika izmantotas mērķtiecīgas nanodaļiņas ar dzelzs oksīda serdeņiem. Katrs no tiem ir pievienots molekulai, kas savukārt var pievienoties vienam imūnās šūnas receptoram. Kad Ingbers pakļauj šūnas, kas saistītas ar šīm daļiņām, vājam magnētiskajam laukam, nanodaļiņas kļūst magnētiskas un savelkas kopā, savelkot pievienotos šūnu receptorus kopās. Tas liek šūnām uzņemt kalciju. (Ķermenī tas izraisītu notikumu ķēdi, kas liek šūnām atbrīvot histamīnu.) Kad magnētiskais lauks tiek izslēgts, daļiņas vairs nepievelkas viena otrai, receptori attālinās un kalcija pieplūde apstājas. .
Tā nav ķīmija; tas ir tuvums, kas aktivizē šādus receptorus, saka Ingbers.
Šai pieejai varētu būt tālejoša ietekme, jo daudzi svarīgi šūnu receptori tiek aktivizēti līdzīgā veidā, un tos var kontrolēt, izmantojot Ingbera metodi.
Pēdējos gados ir bijusi izpratne, ka fiziski notikumi, ne tikai ķīmiski notikumi, ir svarīgi šūnu funkcionēšanai, saka Shu Chien , bioinženieris Kalifornijas Universitātē Sandjego. Pētnieki ir izpētījuši fizisko spēku ietekmi uz šūnām, piemēram, izspiežot tās starp plāksnēm vai velkot zondes pāri to virsmām. Taču neviena no šīm metodēm nedarbojas tik smalkā kontroles līmenī kā Ingbera magnētiskās lodītes, kas iedarbojas uz atsevišķām biomolekulām.
Līdz šim šajā mērogā nav bijusi liela kontrole [pār šūnām], saka Lerijs Nagahara , projekta vadītājs Nacionālā vēža institūta Nanotehnoloģiju aliansē vēža jomā un fizikas profesors Arizonas štata universitātē.
Daudzas zāles, sākot no pretvēža antivielām un beidzot ar hormoniem, darbojas, aktivizējot šūnu receptorus. Tomēr, tiklīdz hormons ir asinīs, to nevar ieslēgt vai izslēgt. Tas parāda, ka varat ieslēgt un izslēgt signālu un ka varat to izdarīt uzreiz, saka Kristofers Čens , bioinženieris Pensilvānijas Universitātē. Tas ir kaut kas, ko ir grūti izdarīt, piemēram, ar antivielu.
Ingberam ir daudz ideju ierīcēm, kurās varētu integrēt viņa šūnu kontroles metodi. Magnētiskie elektrokardiostimulatori varētu izmantot šūnas, nevis elektrodus, lai nosūtītu elektriskos impulsus uz sirdi. Implantējamo zāļu rūpnīcās var būt daudzas šūnu grupas, no kurām katra veido dažādas zāles, ja to aktivizē magnētiskais signāls. Biomagnētiskā kontrole var novest pie datoriem, kas var izmantot šūnu apstrādes jaudu. Šūnas veic sarežģītas lietas, piemēram, attēlu apstrādi, daudz labāk nekā datori, saka Ingbers. Ingbers, kurš sāka projektu, atbildot uz Aizsardzības progresīvo pētījumu projektu aģentūras aicinājumu izveidot jaunas šūnu un mašīnu saskarnes, atzīst, ka viņa darbs ir sākuma stadijā. Tomēr pēc piecdesmit gadiem viņš sagaida, ka būs ierīces, kas nemanāmi saskarsies starp dzīvām šūnām un mašīnām.
Citi pētnieki piekrīt. Ingbera biomagnētiskā vadība var būt jauns mehānisms cilvēka un mašīnas saskarnēm, saka UC San Diego's Chien. Bet pirms šādu saskarņu izstrādes, saka Pensilvānijas Universitātes inženieris Čens, pētniekiem ir jāiemācās daudz vairāk par šūnām.
Pieņemsim, ka mums ir šūnas mikroshēmā un mēs zinām, kādu uzvedību vēlamies izraisīt, piemēram, panākt, lai cilmes šūna iekļūtu brūces vietā un uzsāktu remontdarbus, saka Čens. Mēs nezinām, kādiem signalizācijas notikumiem ir jānotiek, lai šūna nonāktu pareizajā stāvoklī, lai tā veiktu vēlamo darbību.
Īstermiņā Chen saka, ka Ingbera metode varētu palīdzēt biologiem iegūt būtiskas zināšanas par šūnu signalizāciju, piemēram, kā šūna šos signālus ķīmiski un fiziski apstrādā un kā tie noved pie konkrētiem rezultātiem, sākot no kalcija uzņemšanas līdz izmaiņām gēnu ekspresijā. . Tas nodrošina rīku, kas ļauj mums pielāgot šūnu un redzēt, kas notiek, saka Čens.