211service.com
Zibens skrūves šūnās
Izmantojot jaunas, spriegumam jutīgas nanodaļiņas, pētnieki ir atklājuši elektriskos laukus šūnās, kas ir tikpat spēcīgi kā tie, kas rodas zibens skrūvēs. Iepriekš elektriskos laukus bija iespējams izmērīt tikai pāri šūnu membrānām, nevis galvenajā šūnu daļā. Nav skaidrs, kas izraisa šos spēcīgos laukus vai ko tie varētu nozīmēt. Bet tagad, kad tos ir iespējams izmērīt, pētnieki cer uzzināt par tādiem slimību stāvokļiem kā vēzis, pētot šos elektriskos laukus.
Elektriskā šūna: Iekapsulētas polimēra apvalkā, kura diametrs ir tikai 30 nanometri, sprieguma jutīgās krāsvielas (sarkanā krāsā) izstaro sarkanu un zaļu gaismu, kad tās tiek apgaismotas ar zilu gaismu. Šīs iekapsulētās krāsvielas ļauj izmērīt elektriskos laukus šūnās.
Mičiganas Universitātes pētnieki ķīmijas profesora vadībā Rauls Kopelmans iekapsulētas sprieguma jutīgas krāsvielas polimēru sfērās, kuru diametrs ir tikai 30 nanometri. Apgaismojot ar zilu gaismu, sprieguma jutīgās krāsvielas izstaro sarkanas un zaļas gaismas maisījumu; precīzu izstarotās gaismas frekvenci ietekmē vietējo elektrisko lauku stiprums, ļaujot pētniekiem izmērīt šos laukus. Pārbaudot šīs nanodaļiņas smadzeņu vēža šūnu iekšējā šķidrumā, Kopelmans atklāja elektriskos laukus, kas ir tikpat spēcīgi kā 15 miljoni voltu uz vienu metru, iespējams, piecas reizes spēcīgāki nekā zibens spērienā atrastais lauks.
Viņi ir izstrādājuši rīku, kas ļauj aplūkot šūnu izmaiņas ļoti vietējā līmenī, saka Pjotrs Grodzinskis , Nacionālā vēža institūta direktors Nanotehnoloģiju alianse vēža ārstēšanā . Tradicionālās metodes slimību pētīšanai audu līmenī vidēji nosaka atšķirības starp šūnām. Grodzinskis saka, ka daudzi notikumi vēža pētniecībā pēdējos gados ir bijuši reaktīvāki, strādājot pie diagnostikas izstrādes slimības agrīnās stadijās un labāk prognozējot, uz kurām zālēm pacienti reaģēs. Neskatoties uz to, cik tālu ir sasniegta vēža ārstēšana, veids, kā vēzis progresē šūnu līmenī, joprojām nav īsti labi saprotams. Ar labāku izpratni pētnieki cer vēl vairāk uzlabot diagnostiku un personalizētu aprūpi. Šī attīstība ir mēģinājums sākt izmantot nanomēroga rīkus, lai saprastu, kā slimība attīstās, saka Grodzinskis.
Džerijs S.H. Lī , nanotehnoloģiju projektu vadītājs arī Nacionālajā vēža institūtā, saka, ka Kopelmana pētījumi stiprina nanomēroga rīku komplektu, ko zinātnieki izstrādā, lai pārbaudītu šūnu fizikālās īpašības, piemēram, īpašas mikroskopiskas zondes šūnu stīvuma mērīšanai. (Skatīt Vēža šūnu sajūtu.) Pēdējo desmit gadu laikā pētnieki ir uzlabojuši vēža diagnostiku, pārbaudot olbaltumvielu marķierus un ģenētiskos parakstus. Tagad viņi domā par to, kā nanotehnoloģijas var radīt rīkus, lai apskatītu papildu parakstus, piemēram, elektriskos laukus, saka Lī.
Spriegumu jutīgās krāsvielas nav jaunas. Jau vairākus gadu desmitus neirozinātnieki ir tos izmantojuši, lai izmērītu spriegumu šūnu membrānās, pētot, kā nervu šūnas ģenerē elektriskos lādiņus un reaģē uz tiem. Bet Kopelmans saka, ka nav iespējams kontrolēt šo krāsvielu izvietojumu šūnās. Tie ir hidrofobi un agregējas šūnu membrānās, tāpēc nav bijis iespējams tos izmantot, lai pētītu citozolu, lielāko daļu šūnas iekšpuses. Kopelmans arī saka, ka šīs krāsvielas var reaģēt ar fermentiem un citām šūnām esošām molekulām. Viņa iekapsulētās krāsvielas nav hidrofobas un var darboties jebkurā šūnā, ne tikai membrānās. Tā kā viņa iekapsulētās krāsvielas ir iespējams ievietot šūnā ar lielāku kontroles pakāpi, Kopelmans tās salīdzina ar voltmetriem. Viņš saka, ka nanovoltmetri netraucē [šūnu] vidi, un jūs varat kontrolēt, kur tos ievietojat.
Spēcīgu elektrisko lauku esamība pāri šūnu membrānām tiek pieņemta kā šūnu bioloģijas pamatfakts. Uzlādētu molekulu un jonu gradientu uzturēšana nodrošina daudzas šūnu funkcijas, sākot no šūnu tilpuma kontroles līdz nervu un muskuļu šūnu elektriskajām izlādēm.
Tomēr fakts, ka šūnām ir iekšējie elektriskie lauki, ir pārsteidzošs. Kopelmans iepazīstināja ar saviem rezultātiem ikgadējā sanāksmē Amerikas šūnu bioloģijas biedrība Šis mēnesis. Nav bijusi skepse attiecībā uz mērījumiem, saka Kopelmans. Bet mums nav interpretācijas.
Daniels Ču Vašingtonas Universitātes Sietlā piekrīt, ka Kopelmana darbs sniedz pierādījumu tam, ka šūnām ir iekšējie elektriskie lauki. Tas noteikti būs svarīgi, taču neviens to vēl nav apskatījis, saka Ču.
Grodzinskis saka, ka interesants voltmetru pielietojums būs pārbaudīt, vai pastāv atšķirības elektriskajos signālos starp veselām un slimām šūnām un vai dažādām slimības stadijām var būt raksturīgi elektriski paraksti. Lai novērtētu metodes dzīvotspēju, pētniekiem būs jāsāk tā saistīt ar bioloģiju, pētot klīnikas šūnu līnijas, saka Grodzinskis. Šī ir pirmā demonstrācija.