Pomiar kwantowy może ujawnić przepływ jonów przez błony komórkowe

Kanały jonowe odgrywają kluczową rolę w działaniu wszystkich żywych komórek. Kanały to białka osadzone w błonie komórkowej, które działają jak pory, umożliwiając przechodzenie pewnych rodzajów cząsteczek i jonów, jednocześnie blokując inne.

W konsekwencji odgrywają one ważną rolę w wielu procesach biologicznych, w których w komórkach zachodzą gwałtowne zmiany, takie jak czynność serca, aktywacja komórek T i uwalnianie insuliny z komórek beta trzustki.

Trudno się zatem dziwić, że tak wiele pracy poświęcono opracowaniu sposobu funkcjonowania kanałów jonowych. Jedną z technik jest umieszczenie komórki w końcówce strzykawki zawierającej badany jon. Przyłóż napięcie do komórki, a prąd jest miarą przepływu jonów przez błonę komórkową. Inną techniką jest pomiar przepływu jonów przez syntetyczną błonę komórkową, znaną jako czarna warstwa lipidowa.

Obie te techniki przyniosły interesujące spostrzeżenia, ale zapytaj biologa komórkowego, jak są dokładne, a on lub ona szura nogami i wpatruje się w ziemię.

Teraz nowa technika obiecuje umieścić wszystkich innych w cieniu, mówi Leonard Hall z Uniwersytetu Melbourne w Australii i kilku kolegów. Pomysł opiera się na tym, jak szybko spiny elektronów ulegają dekoherencji w atomie azotu wewnątrz nanodiamentu. W ostatnich latach fizycy byli bardzo podekscytowani tak zwanymi lukami azotowymi, ponieważ można je łatwo kontrolować za pomocą mikrofal lub światła. Są również izolowane od otoczenia przez matrycę węglową.

Pomysł Halla i Co polega na umieszczeniu nanodiamentu na czubku mikroskopu sił atomowych i przesunięciu go na szerokość włosa od kanału jonowego w błonie komórkowej. Spiny elektronów w wakansie azotu są następnie ustawiane w określonym stanie poprzez załączenie ich sekwencją impulsów mikrofalowych.

Kiedy kanał się otwiera, przepływ jonów przez niego generuje niewielkie pole magnetyczne, które oddziałuje ze spinem elektronów, powodując ich dekoherencję. Można to łatwo monitorować, obserwując fluorescencję wytworzoną przez wakat azotu.

Ta technika powinna umożliwiać pomiar przepływu jonów przez kanał z rozdzielczością mikrosekundową, mówi grupa. Taka dokładność jest bezprecedensowa. A piękno tego polega na tym, że nanodiament nie dotyka ani nie ingeruje w kanał, który może działać w swoim (mniej lub bardziej) naturalnym środowisku.

Biolodzy komórkowi powinni się temu odwrócić, ale to firmy farmaceutyczne naprawdę mogą na tym skorzystać. Duża część leków jest ukierunkowana na kanały jonowe, więc wiedza o tym, jaki mają wpływ, powinna być ważną częścią procesu odkrywania leku. Nowa technika może to umożliwić.

Na razie praca jest na etapie teoretycznym, badam wykonalność pomysłu. Ale Hall i koledzy twierdzą, że wydaje się to możliwe przy obecnej technologii. Oznacza to, że pierwsze wyniki powinny zająć tylko kilka miesięcy.

Nr ref.: arxiv.org/abs/0911.4539 : Monitorowanie funkcji kanału jonowego w czasie rzeczywistym za pomocą dekoherencji kwantowej

ukryć