211service.com
Kvantemåling kunne afsløre ionstrøm gennem cellemembraner
Ionkanaler spiller en afgørende rolle for alle levende cellers funktion. Kanalerne er proteiner indlejret i cellemembranen, der fungerer som porer, og tillader visse slags molekyler og ioner at passere igennem, mens de blokerer andre.
De spiller derfor en vigtig rolle i mange biologiske processer, hvor der sker hurtige ændringer i celler, såsom hjertefunktion, T-celleaktivering og pancreas beta-celle insulinfrigivelse.
Det er derfor næppe overraskende, at der er brugt meget arbejde på at finde ud af, hvordan ionkanaler fungerer. En teknik er at proppe en celle ind i spidsen af en sprøjte, der indeholder den ion, der undersøges. Påfør en spænding til cellen, og strømmen er et mål for strømmen af ioner over cellemembranen. En anden teknik er at måle strømningen af ioner over en syntetisk cellemembran kendt som et sort lipidlag.
Begge disse teknikker har givet interessant indsigt, men spørg en cellebiolog, hvor nøjagtige de er, og han eller hun vil blande sine fødder og stirre på jorden.
Nu lover en ny teknik at sætte alle andre i skyggen, siger Leonard Hall ved University of Melbourne i Australien og et par kammerater. Idéen er baseret på, hvor hurtigt elektronspin dekoherer i et nitrogenatom inde i en nanodiamant. I de senere år er fysikere blevet enormt begejstrede for disse såkaldte nitrogen-vacatures, fordi de let styres ved hjælp af mikrobølger eller lys. De er også isoleret fra deres miljø af kulstofmatrixen.
Hall og cos idé er at placere nanodiamand på spidsen af et atomkraftmikroskop og flytte det til inden for en hårsbredde af en ionkanal i en cellemembran. Elektronspindene i nitrogen-tomrummet sættes derefter i en bestemt tilstand ved at zappe dem med en sekvens af mikrobølgeimpulser.
Når kanalen åbner, genererer ionstrømmen gennem den et lille magnetfelt, som interagerer med elektronernes spin, hvilket får dem til at dekohere. Dette kan let overvåges ved at lede efter den fluorescens, der produceres af nitrogen-tomgangen.
Teknikken skulle være i stand til at måle strømningen af ioner gennem kanalen med mikrosekundsopløsning, siger gruppen. Den slags nøjagtighed er uden fortilfælde. Og det smukke ved det er, at nanodiamant ikke rører eller forstyrrer kanalen, som kan fungere i dens (mere eller mindre) naturlige miljø.
Cellebiologer burde vende tilbage over dette, men det er lægemiddelvirksomhederne, der virkelig har gavn af det. En stor del af lægemidlerne er rettet mod ionkanaler, så at vide præcis, hvilken effekt de har, bør være en vigtig del af lægemiddelopdagelsesprocessen. Den nye teknik kunne gøre det muligt.
For øjeblikket er arbejdet på et teoretisk stadium, hvor man undersøger idéens gennemførlighed. Men Hall og venner siger, at det ser muligt ud med den nuværende teknologi. Det betyder, at det kun burde vare et spørgsmål om måneder, før vi ser de første resultater.
Ref: arxiv.org/abs/0911.4539 : Overvågning af ionkanalfunktion i realtid gennem kvantedekohærens