Copii, mașini de tuns iarba, avioane, trenuri, automobile - cam toate fac zgomot. Și dacă doi oameni de știință din California au dreptate, la fel, face și celulele vii. În experimentele recente care au folosit știința de frontieră a nanotehnologiei, cercetătorii au descoperit dovezi că celulele de drojdie degajă un fel de miros, în timp ce celulele mamifere pot da un altul. Cercetarea, deși este încă prealabilă, este potențial „revoluționară”, așa cum o spune un om de știință și deja este urmărită o posibilă aplicație medicală, recunoscută, îndepărtată: într-o zi, gândirea continuă, ascultând sunetele pe care le pot face celulele tale. un medic, înainte de apariția simptomelor, indiferent dacă ești sănătos sau ești pe cale să fii bolnav.
Continut Asemanator
- Nanotehnologia poate salva vieți?
Fondatorul studiului sunetelor celulare sau „sonocitologie”, așa cum îl numește el, este Jim Gimzewski, un chimist UCLA, în vârstă de 52 de ani, care a contribuit la expoziția muzeului de artă asupra structurii moleculare. Ideea de sunete celulare i-a venit în 2001, după ce un cercetător medical i-a spus că, atunci când celulele cardiace vii sunt plasate într-un vas petri cu nutrienți adecvați, celulele vor continua să pulseze. Gimzewski a început să se întrebe dacă toate celulele ar putea să bată și, dacă da, vibrațiile atât de minuscule vor produce un sunet detectabil. La urma urmei, el a motivat, sunetul este doar rezultatul unei forțe care împinge moleculele, creând o undă de presiune care se răspândește și se înregistrează atunci când lovește timpanul. De asemenea, el a motivat că, deși un zgomot generat de o celulă nu va fi auzit, acesta ar putea fi detectat de un instrument deosebit de sensibil.
Gimzewski este potrivit pentru a rezolva întrebarea, fiind atât expert în instrumentare - și-a construit propriile microscopuri - cât și confortabil acasă în lumea infinitesimalului. Un lider în nanotehnologie sau știința manipulării atomilor și moleculelor individuale pentru a construi mașini microscopice, Gimzewski a lucrat anterior la laboratorul de cercetare IBM din Zurich, Elveția, unde el și colegii săi au construit un elice molecular de filare de 1, 5 nanometri, sau 0, 0000015 milimetri în diametru. De asemenea, au construit cel mai mic abac din lume, care avea, ca mărgele, molecule individuale cu diametre mai mici decât un singur nanometru. Dacă nimic altceva, fazele, care au obținut o aclamare considerabilă, au arătat că promisiunea mult-hyped a nanotehnologiei avea o bază în realitate.
Pentru prima sa incursiune în sonocitologie, Gimzewski a obținut celule de drojdie de la colegii de biochimie la UCLA. (El a „privit”, își amintește el, când a explicat de ce și-a dorit celulele.) Lucrând cu studentul absolvent Andrew Pelling, Gimzewski a conceput o modalitate de a testa zgomotul celular cu un instrument de nanotehnologie numit microscop microscopic (AFM). De obicei, un AFM creează o imagine vizuală a unei celule trecând sonda foarte minusculă, ea însăși atât de mică, vârful ei este microscopic, pe suprafața celulei, măsurând fiecare umflătură și gol din membrana exterioară. Un computer transformă datele într-o imagine. Dar cercetătorii UCLA au ținut sonda minusculă a AFM într-o poziție fixă, sprijinindu-l ușor pe suprafața unei membrane celulare „ca un ac de înregistrare”, spune Pelling, pentru a detecta orice vibrație generatoare de sunet.
Perechea a descoperit că peretele celular se ridică și cade trei nanometri (aproximativ 15 atomi de carbon stivați unul peste altul) și vibrează în medie de 1.000 de ori pe secundă. Distanța pe care se mișcă peretele celulei determină amplitudinea sau volumul undei sonore, iar viteza mișcării în sus și în jos este frecvența sau pasul acesteia. Deși volumul sunetului celulelor de drojdie a fost mult prea scăzut pentru a fi auzit, Gimzewski spune că, teoretic, frecvența sa a fost în limitele auzului uman. „Deci, tot ce facem este să creștem volumul”, adaugă el.
Gimzewski (care ține un model al unei molecule de carbon în laboratorul său UCLA) folosește un microscop de forță atomică pentru a „asculta” celulele vii. (Debra DiPaolo) Frecvența celulelor de drojdie pe care cercetătorii au testat-o a fost întotdeauna în aceeași gamă ridicată, „aproximativ un C-ascuțit până la D peste C mediu în termeni de muzică”, spune Pelling. Stropirea alcoolului pe o celulă de drojdie pentru a-l ucide ridică tonul, în timp ce celulele moarte emit un sunet scăzut, zgomotos, despre care Gimzewski spune că este probabil rezultatul mișcărilor atomice aleatoare. De asemenea, perechea a descoperit că celulele cu drojdie cu mutații genetice fac un sunet ușor diferit de celulele normale de drojdie; acea perspectivă a încurajat speranța că tehnica ar putea fi în cele din urmă aplicată la diagnosticarea unor boli precum cancerul, care se crede că provine cu modificări ale machiajului genetic al celulelor. Cercetătorii au început să testeze diferite tipuri de celule de mamifere, inclusiv celule osoase, care au un pas mai mic decât celulele de drojdie. Cercetătorii nu știu de ce.
Puțini oameni de știință sunt conștienți de lucrarea de sonocitologie a lui Gimzewski și Pelling, care nu a fost publicată în literatura științifică și examinată. (Cercetătorii și-au trimis descoperirile la un jurnal revizuit de la egal la egal pentru publicare.) Cuvântul gurii a determinat scepticismul și admirația. Un om de știință familiarizat cu cercetarea, Hermann Gaub, catedra de fizică aplicată la Universitatea LudwigMaximilian din Munchen, Germania, spune că sunetele despre care Gimzewski consideră că vibrațiile celulare pot avea alte origini. „Dacă sursa acestei vibrații ar fi găsită în interiorul celulei, aceasta ar fi revoluționară, spectaculoasă și incredibil de importantă”, spune Gaub. "Cu toate acestea, există multe surse potențiale [sonore] în afara celulei care trebuie excluse." Pelling este de acord și spune că el și Gimzewski fac teste pentru a exclude posibilitatea ca alte molecule din fluidul care îmbăia celulele, sau chiar vârful microscopului în sine, să genereze vibrații pe care sonda lor le ridică.
Ratnesh Lal, un neuroștiințific și biofizician la Universitatea din California, din Santa Barbara, care a studiat pulsiunile celulelor inimii menținute în viață într-un vas, spune că expertiza în nanotehnologie a lui Gimzewski poate fi cheia pentru a stabili dacă celulele produc sunet. "Speranța finală este să folosească acest lucru în diagnosticare și prevenire", spune Lal, adăugând: "Dacă există cineva în lume care să o poată face, poate."
Gimzewski recunoaște că trebuie depuse mai multe lucrări. Între timp, descoperirile au atras atenția colegului său UCLA, Michael Teitell, un patolog specializat în cancerul limfocitului, un tip de globulă albă. El supune celulelor musculare umane și de șoarece și celulele osoase la medicamente și substanțe chimice pentru a induce modificări genetice și fizice; Gimzewski va încerca apoi să „asculte” celulele modificate și să le distingă prin sunetele lor.
Teitell spune că gândirea de a detecta cancerul în cele mai timpurii stadii celulare este interesantă, dar dacă tehnologia va funcționa ca un instrument de diagnostic rămâne de văzut (sau auzit). El nu vrea să exagereze ideea: „S-ar putea dovedi că toate aceste semnale vor fi o astfel de confuzie încât nu vom putea identifica clar unul de la celălalt”.
Gimzewski speră că munca va avea o aplicație practică, dar este încântat atât de la vânătoare cât și de captură. „Oricare ar fi rezultatul”, spune el, „mă determină în primul rând curiozitatea și emoția la fenomenul mișcării celulare - ceea ce a inspirat natura să creeze un astfel de mecanism și să înțeleagă cu adevărat în profunzime ce înseamnă aceste sunete frumoase”. Simpla posibilitate ca el să descopere o nouă caracteristică a celulelor, cu toate întrebările intrigante care ridică, este, spune el, „deja mai mult decât suficient de un cadou”.
