211service.com
Błyskawice w komórkach
Korzystając z nowatorskich nanocząstek wrażliwych na napięcie, naukowcy odkryli, że pola elektryczne wewnątrz komórek są tak silne, jak te wytwarzane w piorunach. Wcześniej można było mierzyć tylko pola elektryczne w błonach komórkowych, a nie w głównej masie komórek. Nie jest jasne, co powoduje te silne pola lub co mogą oznaczać. Ale teraz, gdy można je zmierzyć, naukowcy mają nadzieję dowiedzieć się o stanach chorobowych, takich jak rak, badając te pola elektryczne.
Ogniwo elektryczne: Zamknięte w polimerowej powłoce o średnicy zaledwie 30 nanometrów, wrażliwe na napięcie barwniki (czerwony) emitują czerwone i zielone światło po oświetleniu światłem niebieskim. Te kapsułkowane barwniki umożliwiają pomiar pól elektrycznych wewnątrz komórek.
Naukowcy z University of Michigan pod kierownictwem profesora chemii Raoul Kopelman kapsułkowane barwniki wrażliwe na napięcie w kulkach polimerowych o średnicy zaledwie 30 nanometrów. Po oświetleniu niebieskim światłem barwniki wrażliwe na napięcie emitują mieszankę światła czerwonego i zielonego; na dokładną częstotliwość emitowanego światła wpływa siła lokalnych pól elektrycznych, co pozwala naukowcom zmierzyć te pola. Testując te nanocząsteczki w wewnętrznym płynie komórek nowotworowych mózgu, Kopelman odkrył, że pola elektryczne są tak silne, jak 15 milionów woltów na metr, być może pięć razy silniejsze niż w przypadku błyskawicy.
Opracowali narzędzie, które pozwala przyjrzeć się zmianom komórkowym na bardzo lokalnym poziomie, mówi Piotr Grodzinski , dyrektor Narodowego Instytutu Onkologii Sojusz na rzecz Nanotechnologii w Raku . Tradycyjne techniki badania chorób na poziomie tkanek uśredniają różnice między komórkami. Grodziński mówi, że wiele postępów w badaniach nad rakiem w ciągu ostatnich kilku lat było bardziej reaktywnych, pracując nad opracowaniem diagnostyki umożliwiającej wykrycie choroby we wcześniejszych stadiach i lepszego przewidywania, na które leki zareagują pacjenci. Pomimo tego, jak daleko zaszły terapie przeciwnowotworowe, sposób, w jaki nowotwór rozwija się na poziomie komórkowym, wciąż nie jest dobrze poznany. Dzięki lepszemu zrozumieniu naukowcy mają nadzieję na dalszą poprawę diagnostyki i spersonalizowanej opieki. Ten rozwój stanowi próbę rozpoczęcia używania narzędzi nanoskalowych do zrozumienia, jak rozwija się choroba, mówi Grodziński.
Jerry S.H. Zawietrzny , kierownik projektu nanotechnologicznego również w National Cancer Institute, mówi, że badania Kopelmana wzmacniają zestaw narzędzi w nanoskali, które naukowcy opracowują do badania właściwości fizycznych komórek, takich jak specjalne sondy mikroskopowe do pomiaru sztywności komórek. (Zobacz Odczucia komórek rakowych.) W ciągu ostatniej dekady naukowcy udoskonalili diagnostykę raka, badając markery białkowe i sygnatury genetyczne. Teraz zastanawiają się, w jaki sposób nanotechnologia może stworzyć narzędzia do badania dodatkowych sygnatur, takich jak pola elektryczne, mówi Lee.
Barwniki wrażliwe na napięcie nie są nowe. Przez dziesięciolecia neuronaukowcy wykorzystywali je do pomiaru napięć w błonach komórkowych w badaniach nad tym, jak komórki nerwowe wytwarzają i reagują na ładunki elektryczne. Kopelman twierdzi jednak, że nie da się kontrolować rozmieszczenia tych barwników w komórkach. Są hydrofobowe i agregują w błonach komórkowych, więc nie było możliwe wykorzystanie ich do badania cytozolu, masy wnętrza komórki. Kopelman mówi również, że te barwniki mogą reagować z enzymami i innymi cząsteczkami w komórkach. Jego kapsułkowane barwniki nie są hydrofobowe i mogą działać w dowolnym miejscu komórki, nie tylko w błonach. Ponieważ możliwe jest umieszczenie jego zamkniętych w kapsułkach barwników w komórce z większą kontrolą, Kopelman porównuje je do woltomierzy. Nanowoltomierze nie zakłócają środowiska komórkowego, a Ty możesz kontrolować, gdzie je umieszczasz, mówi.
Istnienie silnych pól elektrycznych w błonach komórkowych jest uznawane za podstawowy fakt biologii komórki. Utrzymywanie gradientów naładowanych cząsteczek i jonów pozwala na wiele funkcji komórkowych, od kontroli nad objętością komórki po wyładowania elektryczne komórek nerwowych i mięśniowych.
Zaskakujący jest jednak fakt, że komórki mają wewnętrzne pola elektryczne. Kopelman zaprezentował swoje wyniki na dorocznym spotkaniu Amerykańskie Towarzystwo Biologii Komórki ten miesiąc. Nie było sceptycyzmu co do pomiarów – mówi Kopelman. Ale nie mamy interpretacji.
Daniel Chu z University of Washington w Seattle zgadza się, że praca Kopelmana stanowi dowód koncepcji, że komórki mają wewnętrzne pola elektryczne. To z pewnością będzie ważne, ale nikt jeszcze na to nie spojrzał, mówi Chu.
Grodziński mówi, że ciekawym zastosowaniem woltomierzy będzie zbadanie, czy istnieje różnica w sygnałach elektrycznych między komórkami zdrowymi i chorymi oraz czy różne stadia choroby mogą mieć charakterystyczne sygnatury elektryczne. Aby ocenić wykonalność tej techniki, naukowcy będą musieli zacząć wiązać ją z biologią, badając linie komórkowe z kliniki, mówi Grodziński. To pierwsza demonstracja.