211service.com
Vibrējošās šūnas atklāj savas slimības
Apvienojot fiziku, inženieriju un mikrobioloģiju, MIT pētnieki ir izmērījuši sarkano asins šūnu vibrācijas frekvenci un ir parādījuši, ka šīs frekvences atspoguļo šūnu veselību. Pētījums varētu nodrošināt labāku medicīnisko diagnostiku.
Dzīvīgas šūnas: MIT Michael Feld un Subra Suresh ar Felda laboratorijā izstrādātas tehnikas palīdzību spēja attēlot ar malārijas parazītu inficētas asins šūnas membrānas vibrācijas (augšpusē). Felda tehnika nodrošināja arī šūnu iekšpuses attēlus (apakšā), ļaujot pētniekiem korelēt šūnu vibrācijas frekvences ar slimības progresu.
Darbs tika veikts sadarbībā ar MIT fiziķi Maikls Fīlds un Subra Suresh , MIT inženierzinātņu skolas dekāns un materiālu zinātnieks. Felds vada MIT Lāzera biomedicīnas pētījumu centru, kas ir izstrādājis attēlveidošanas tehniku, kas var radīt dzīvu šūnu trīsdimensiju attēlus. Suresh laboratorija ir veikusi eksperimentus, lai izmērītu tādas lietas kā malārijas parazītu inficēto sarkano asins šūnu stīvums.
Sarkano asins šūnu iekšpusē notiek elektriskā, ķīmiskā un bioloģiskā aktivitāte, kas izraisa nanomēroga vibrācijas uz tās virsmas. Lai izmērītu šūnu vibrācijas frekvences, pētnieki apvienoja Felda attēlveidošanas tehniku ar difrakcijas fāzes mikroskopiju, kurā lāzera stars, kas iet cauri šūnai, atkal savienojas ar atskaites staru, kas to nedara, radot atšķirīgu traucējumu modeli. Lai noteiktu saikni starp šūnu vibrāciju un to veselību, pētnieki izmantoja Felda tehniku, lai izveidotu malārijas parazīta trīsdimensiju attēlus sarkano asins šūnu iekšpusē. Viņi arī izmērīja hemoglobīna līmeni šūnās dažādos malārijas infekcijas posmos.
Tas nekad agrāk nav darīts, saka Ares Rosakis , Kalifornijas Tehnoloģiju institūta aeronautikas un mašīnbūves profesors. Optisko metožu samazināšana līdz [nanomēroga] līmenim ir ārkārtīgi sarežģīta. (Rosakis nebija iesaistīts darbā, lai gan bija viens no viņa bijušajiem absolventiem.)
Rosakis saskata divus jaunos paņēmienus pielietojumus. Viens no tiem ir šūnu datoru modeļu uzlabošana, jo Felda un Suresha mērījumi ir daudz precīzāki nekā iepriekšējie mērījumi. Otra ir labāka diagnostika. ASV Slimību kontroles centri (CDC) atzīmē, ka pašlaik galvenais malārijas tests nedarbojas akūtas malārijas gadījumā : tā var atpazīt slimību tikai pēc fakta. Galu galā tāda tehnika kā Felds un Sureshs varētu nodrošināt veidu, kā noteikt malāriju, kad tā notiek. Padomājiet par ārsta vai pat neapmācīta tehniķa nākotni, kuram [tehnoloģija] ir iebūvēta komerciālā mikroskopā un … acumirklī saņems informāciju par slimības stāvokli, saka Rosakis.
Suresh atzīmē, ka mehānikas inženieri reti strādāja pie šūnu bioloģijas un vēl retāk to darīja ar fiziķiem. Taču viņam un Feldam nav jāpamet ēka, lai sadarbotos, viņš saka.
Abi sāka strādāt kopā pirms aptuveni divarpus gadiem, kad Felds uzaicināja Surešu runāt par darbu, ko viņa laboratorija veica ar malārijas šūnām. Pēc Suresha sarunas abi nolēma apvienot spēkus un instrumentus, lai izmērītu ātrumu, kādā veselīgi un slimi sarkanie asinsķermenīši vibrē.
Viņi izvēlējās malārijas šūnas, jo Suresh bija pieredze darbā ar tām, taču tas nozīmēja, ka Felda laboratorija bija jāpārkārto, lai tā atbilstu CDC 2. līmeņa bioloģiskās drošības standartiem. Šo projektu vadīja viens no Suresh komandas pētniekiem Monica Diez-Silva, vienīgā mikrobioloģe abās grupās.
Malārijas iebrucējam ir nepieciešamas 48 stundas, lai izietu savu dzīves ciklu, attīstās, vairojas un tiek izraidīts no šūnas. Tādējādi pētniekiem bija jānovērtē inficētās šūnas no katra šī 48 stundu procesa posma temperatūrā, kas imitēja drudzi un atdzišanu, ko cilvēka ķermenis piedzīvo malārijas infekcijas laikā.
Vibrējošās šūnu membrānas vienlaikus pārvieto tikai nanometrus, un šīs kustības notiek mikrosekundēs – sekundes miljondaļās. Lai uztvertu datus no lāzera stara, kas iet caur šūnām, pētnieki izmantoja Felda attēlveidošanas tehniku, kas vairākus attēlus savieno kompozītā. Šī metode ir tomogrāfijas veids, kas ir datortomogrāfijas (CT) skenēšanas pamatā.
Rosakis saka, ka attēlveidošana ar traucējumu modeļiem ir īpaši sarežģīta, aplūkojot sarkanās asins šūnas, kas ir virtuļa formas un šķidras, pastāvīgi mainot formu visos virzienos.
Suresh un Feld pirmais eksperimentu komplekts aizņēma gandrīz astoņus mēnešus, tostarp nedēļas un nedēļas, lai savāktu 3-D attēlus no parazītiem šūnās. Tad viņi nolēma apskatīt hemoglobīna līmeni, kas arī prasīja mēnešus. Viņi pavadīja gandrīz sešus mēnešus, rakstot rezultātus, kas tiks publicēti Proceedings of the National Academy of Sciences šonedēļ.
Suresh saka, ka pētījumi būtu jāpiemēro jebkura cita veida dzīvām šūnām. Viņš un Felds vēlas apskatīt sarkanās asins šūnas ar sirpjveida anēmiju un, iespējams, vēža šūnas, lai gan būs grūtāk izpētīt šūnas, kurām ir kodols.
Suresh un Feld metodes vēl nevar izmantot slimību diagnosticēšanai, taču Suresh saka, ka viņu darbs veido zinātnisku pamatu slimības noteikšanai šūnu līmenī.