Gyerekek, fűnyírók, repülőgépek, vonatok, autók - szinte minden zajt okoz. És ha két kaliforniai tudósnak igaza van, akkor az élő sejteket is meg kell tenni. A közelmúltban végzett kísérletekben a nanotechnológia felderítő tudományát felhasználva a kutatók bizonyítékokat találtak arra, hogy az élesztősejtek az egyik fajta nyálkot adnak, míg az emlős sejtek egy másikot adhatnak ki. A kutatás, bár még mindig előzetes, potenciálisan "forradalmi", amint azt egy tudós elmondta, és a lehetséges, elismerhetően messze eső orvosi alkalmazást már folytatják: egy nap a gondolkodás megy végbe, hallgatva azokat a hangokat, amelyeket a sejtjei mondhatnak. orvos előtt, mielőtt a tünetek megjelennek, egészséges vagy beteg vagy.
kapcsolodo tartalom
- Megmentheti-e a nanotechnológia az életét?
A sejthangok, vagy a „szocitológia” vizsgálatának alapítója, Jim Gimzewski, egy 52 éves UCLA vegyész, aki hozzájárult egy művészeti múzeum molekuláris szerkezettel kapcsolatos kiállításához. A sejtes hangok ötlet 2001-ben jött rá, miután egy orvosi kutató azt mondta neki, hogy ha az élő szívsejteket megfelelő tápanyagokkal ellátott Petri-csészébe helyezik, a sejtek továbbra is pulzálnak. Gimzewski azon tűnődött, hogy vajon vajon minden sejt megver-e, és ha igen, akkor az ilyen apró vibrációk érzékelhető hangot eredményeznek-e. Végül is, érvelése szerint, a hang pusztán egy erő hatására mozog a molekulákra, amely nyomáshullámot hoz létre, amely elterjed és regisztrálódik, amikor megüti a dobhártyát. Arra is kifejtette, hogy bár a cella által keltett zaj nem lesz hallható, egy különösen érzékeny műszerrel észlelhető.
Gimzewski kiválóan alkalmas a kérdés megválaszolására, mivel mind a műszerezés szakértője - saját mikroszkópokat készített -, és kényelmesen otthona a végtelen világában. Gimzewski, a nanotechnológia vezetője vagy az egyes atomok és molekulák mikroszkopikus gépek előállításához történő manipulációjának tudománya. Korábban az IBM kutatólaboratóriumában dolgozott a svájci Zürichben, ahol kollégáival 1, 5 nanométer vagy 0, 0000015 milliméter átmérőjű forgó molekuláris hajócsavart épített. Felépítették a világ legkisebb abakuszát is, amelynek gyöngyként egyedi molekulái voltak, amelyek átmérője nem haladta meg egyetlen nanométert. Ha semmi más, akkor a nagy elismerést felmutató látványosságok azt mutatták, hogy a nanotechnológia sokat ígéretes ígéretének alapja volt a valóságban.
A szonocitológiába történő első lépésekor Gimzewski élesztősejteket kapott az UCLA biokémiai kollégáitól. ("Megtalálta" - emlékszik vissza, amikor elmagyarázta, miért akarja a sejteket.) Andrew Pelling végzős hallgatóval együttműködve Gimzewski kidolgozott egy módszert a celluláris zaj tesztelésére egy atomi erőmikroszkópnak (AFM) nevezett nanotechnológiai eszköz segítségével. Az AFM rendszerint egy sejt vizuális képét hozza létre úgy, hogy átadja annak nagyon kicsi szondáját, amely maga is olyan kicsi, hogy mikroszkopikus csúcsa van a sejt felületén, és megmérje a külső membrán minden dudorát és üregét. Egy számítógép konvertálja az adatokat képré. Az UCLA kutatói azonban az AFM apró szondáját rögzített helyzetben tartották, enyhén a sejtmembrán felületén pihentetve "mint egy rekordtű", mondja Pelling, hogy észlelje a hangot generáló rezgéseket.
A pár azt találta, hogy a sejtfal három nanométert (kb. 15 szénatomot egymásra rakva) felfelé emelkedik és leesik, és másodpercenként átlagosan 1000-szer rezg. Az a távolság, amelyet a cellafal mozgat, meghatározza a hanghullám amplitúdóját vagy hangerejét, a fel-le mozgás sebessége pedig annak frekvenciája vagy hangmagassága. Noha az élesztőcellák hangereje túlságosan alacsony volt ahhoz, hogy meghallhassák, Gimzewski szerint frekvenciája elméletileg az emberi hallás tartományán belül volt. "Tehát minden, amit csinálunk, a hangerő növelése" - tette hozzá.
Gimzewski (egy szénmolekula modelljét tartja az UCLA laboratóriumában) egy atom erőmikroszkópot használ az élő sejtek "meghallgatására". (Debra DiPaolo) A kutatók által vizsgált élesztősejtek frekvenciája mindig ugyanabban a magas tartományban volt, "zenei szempontból körülbelül egy C-éles, D-ig a középső C felett" - mondja Pelling. Alkohol permetezése élesztõcellán, hogy megölje azt, növeli a hangmagasságot, míg az elhalt sejtek olyan halk, zümmögõ hangot bocsátanak ki, amely Gimzewski szerint valószínûleg véletlenszerű atommozgások eredménye. A pár azt is megállapította, hogy a genetikai mutációval rendelkező élesztősejtek valamivel eltérő hangot adnak, mint a normál élesztősejtek; ez a betekintés ösztönözte a reményt, hogy a technikát végül alkalmazni lehet olyan betegségek diagnosztizálására, mint például a rák, amely feltételezhetően a sejtek genetikai felépítésének megváltozásából származik. A kutatók megkezdték az emlős sejtek különféle típusainak tesztelését, ideértve a csontsejteket is, amelyek alacsonyabb hangmagasságúak, mint az élesztősejtek. A kutatók nem tudják, miért.
Kevés tudós ismeri Gimzewski és Pelling szonocitológiai munkáját, amelyet a tudományos irodalomban még nem tettek közzé és nem vizsgáltak meg. (A kutatók észrevételeiket közzétették egy recenzált folyóiratban.) A szóbeszéd szkepticizmust és csodálatot váltott ki. Hermann Gaub, a németországi müncheni LudwigMaximilian Egyetem alkalmazott fizikájának elnöke, a kutatást ismerő tudósosa szerint a hangok, amelyek Gimzewski szerint a sejtek vibrációi, más eredetűek lehetnek. "Ha ennek a rezgésnek a forrása a cellában található, akkor forradalmi, látványos és hihetetlenül fontos" - mondja Gaub. "A cellán kívül azonban számos potenciális [hang] forrás létezik, amelyeket ki kell zárni." Pelling egyetért azzal, és azt állítja, hogy ő és Gimzewski teszteket végeznek annak kizárására, hogy a sejteket fürdõ folyadék más molekulái, vagy akár magának a mikroszkópnak a csúcsa rezgéseket generál, amelyeket a szonda felvesz.
Ratnesh Lal, a Santa Barbara-i Kaliforniai Egyetem idegtudós és biofizikusa, aki az edényben életben tartott szívsejtek pulzációját tanulmányozta, azt mondja, hogy Gimzewski nanotechnológiai szakértelme kulcsa lehet annak megállapításához, hogy a sejtek hangot termelnek-e. "A végső remény az, hogy ezt felhasználjuk a diagnosztikában és a megelőzésben" - mondja Lal és hozzáteszi: "Ha van valaki a világon, aki meg tudja csinálni, akkor megteheti."
Gimzewski elismeri, hogy még több munkát kell elvégezni. Eközben az eredmények felhívták UCLA kollégájának, Michael Teitellnek, a patkológusnak, aki a fehérvérsejtek egyfajta limfocita rákjára szakosodott. Az emberi és egér izomsejteket és csontsejteket gyógyszereknek és vegyi anyagoknak vette alá genetikai és fizikai változások kiváltására; Gimzewski ezután megpróbálja "hallgatni" a megváltozott cellákat, és megkülönbözteti őket hangjaik alapján.
Teitell szerint izgalmas a gondolat a rák kimutatására a legkorábbi sejtfázisokban, de látni kell (vagy hallani kell) azt, hogy a technológia diagnosztikai eszközként fog-e működni. Nem akarja túlterjeszteni az elgondolást: "Kiderülhet, hogy ezek a jelek olyan zavarok lesznek, hogy nem tudjuk egyértelműen azonosítani egymást."
Gimzewski azt reméli, hogy a munka gyakorlati alkalmazásra kerül, ám ugyanolyan izgalommal bír a vadászat, mint a fogás. "Bármi legyen is a vége" - mondja. - Elsősorban a sejtes mozgás jelenségének kíváncsisága és izgalma ösztönzi - mi ösztönözte a természetet egy ilyen mechanizmus létrehozására és annak mélységes megértésére, hogy mit jelentenek ezek a gyönyörű hangok. " Az a puszta lehetőség, hogy felfedezte a sejtek új tulajdonságát, és felveti az összes érdekes kérdést, azt mondja: "már elég, mint egy ajándék".
