211service.com
Lyn i celler
Ved hjælp af nye spændingsfølsomme nanopartikler har forskere fundet elektriske felter inde i celler, der er lige så stærke som dem, der produceres i lyn. Tidligere har det kun været muligt at måle elektriske felter på tværs af cellemembraner, ikke inden for hovedmassen af celler. Det er ikke klart, hvad der forårsager disse stærke felter, eller hvad de kan betyde. Men nu hvor det er muligt at måle dem, håber forskerne at lære om sygdomstilstande såsom kræft ved at studere disse elektriske felter.
Den elektriske celle: Indkapslet i en polymerskal kun 30 nanometer på tværs, udsender spændingsfølsomme farvestoffer (røde) rødt og grønt lys, når de belyses med blåt lys. Disse indkapslede farvestoffer gør det muligt at måle elektriske felter inde i celler.
University of Michigan forskere ledet af kemiprofessor Raoul Kopelman indkapslede spændingsfølsomme farvestoffer i polymerkugler på kun 30 nanometer i diameter. Når de belyses med blåt lys, udsender de spændingsfølsomme farvestoffer en blanding af rødt og grønt lys; den nøjagtige frekvens af udsendt lys er påvirket af styrken af lokale elektriske felter, hvilket gør det muligt for forskerne at måle disse felter. Ved at teste disse nanopartikler i den indre væske af hjernekræftceller fandt Kopelman elektriske felter så stærke som 15 millioner volt pr. meter, måske fem gange stærkere end feltet fundet i et lyn.
De har udviklet et værktøj, der giver dig mulighed for at se på cellulære ændringer på et meget lokalt niveau, siger Piotr Grodzinski , direktør for National Cancer Institute Alliance for Nanotechnology in Cancer . Traditionelle teknikker til at studere sygdom på vævsniveau udligner forskelle mellem celler. Grodzinski siger, at mange udviklinger inden for kræftforskning i løbet af de sidste par år har været mere reaktive og har arbejdet hen imod at udvikle diagnostik til at fange sygdommen i dens tidligere stadier og for bedre at forudsige, hvilke lægemidler patienter vil reagere på. På trods af hvor langt kræftbehandlinger er nået, er den måde, hvorpå kræft udvikler sig på celleniveau, stadig ikke særlig godt forstået. Med en bedre forståelse håber forskerne at forbedre diagnostik og personlig pleje yderligere. Denne udvikling repræsenterer et forsøg på at begynde at bruge nanoskalaværktøjer til at forstå, hvordan sygdommen udvikler sig, siger Grodzinski.
Jerry S.H. Lee , en nanoteknologiprojektleder også ved National Cancer Institute, siger, at Kopelmans forskning styrker det sæt af værktøjer i nanoskala, som forskere udvikler for at undersøge cellernes fysiske egenskaber, såsom specielle mikroskopiske sonder til måling af cellestivhed. (Se Følelsen af kræftceller.) I det seneste årti har forskere forbedret kræftdiagnosen ved at undersøge proteinmarkører og genetiske signaturer. Nu tænker de på, hvordan nanoteknologi kan lave værktøjer til at se på yderligere signaturer som elektriske felter, siger Lee.
Spændingsfølsomme farvestoffer er ikke nye. I årtier har neurovidenskabsmænd brugt dem til at måle spændinger på tværs af cellemembraner i undersøgelser af, hvordan nerveceller genererer og reagerer på elektriske ladninger. Men Kopelman siger, at det ikke er muligt at kontrollere placeringen af disse farvestoffer i celler. De er hydrofobe og samler sig i cellemembraner, så det har ikke været muligt at bruge dem til at studere cytosolen, hovedparten af cellens indre. Kopelman siger også, at disse farvestoffer muligvis reagerer med enzymer og andre molekyler i celler. Hans indkapslede farvestoffer er ikke hydrofobe og kan fungere overalt i cellen, ikke kun i membraner. Fordi det er muligt at placere sine indkapslede farvestoffer i en celle med en større grad af kontrol, sammenligner Kopelman dem med voltmetre. Nanovoltmetre forstyrrer ikke [det cellulære] miljø, og du kan kontrollere, hvor du placerer dem, siger han.
Eksistensen af stærke elektriske felter på tværs af cellulære membraner er accepteret som en grundlæggende kendsgerning inden for cellebiologi. Vedligeholdelse af gradienter af ladede molekyler og ioner muliggør mange cellulære funktioner, fra kontrol over cellevolumen til de elektriske udladninger af nerve- og muskelceller.
Det faktum, at celler har indre elektriske felter, er imidlertid overraskende. Kopelman præsenterede sine resultater på årsmødet i American Society for Cell Biology denne måned. Der har ikke været skepsis i forhold til målingerne, siger Kopelman. Men vi har ikke en fortolkning.
Daniel Chu fra University of Washington i Seattle er enig i, at Kopelmans arbejde giver proof of concept, at celler har interne elektriske felter. Det er sikkert vigtigt, men ingen har set på det endnu, siger Chu.
Grodzinski siger, at en interessant anvendelse af voltmetrene vil være at undersøge, om der er forskel på elektriske signaler mellem raske og syge celler, og om forskellige sygdomsstadier kan have karakteristiske elektriske signaturer. For at måle teknikkens levedygtighed bliver forskerne nødt til at begynde at binde den til biologi ved at studere cellelinjer fra klinikken, siger Grodzinski. Dette er en første demonstration.