Otroci, kosilnice, letala, vlaki, avtomobili - skoraj vse povzroča hrup. In če imata dva kalifornijska znanstvenika prav, tudi živite celice. V zadnjih poskusih z uporabo mejne znanosti o nanotehnologiji so raziskovalci našli dokaze, da celice kvasovk oddajajo eno vrsto cviljenja, medtem ko sesalne celice lahko oddajajo drugo. Raziskava, čeprav je še vedno preliminarna, je potencialno "revolucionarna", kot trdi en znanstvenik, in možna, zagotovo oddaljena medicinska aplikacija, se že loteva: nekega dne se razmišljanje odpravi, poslušanje zvokov, ki jih vaše celice morda povedo zdravnik, preden se pojavijo simptomi, ali ste zdravi ali želite zboleti.
Sorodne vsebine
- Ali lahko nanotehnologija reši življenje?
Ustanovitelj študije celičnih zvokov ali "sonocitologije", kot ga imenuje, je Jim Gimzewski, 52-letni kemičar UCLA, ki je prispeval k razstavi umetniškega muzeja o molekularni strukturi. Ideja o zvočnih celicah se mu je porodila leta 2001, potem ko mu je medicinski raziskovalec povedal, da bodo celice, ko bodo žive srčne celice nameščene v petrijevko z ustreznimi hranili, še naprej pulzirale. Gimzewski se je začel spraševati, ali bi vse celice lahko premagale, in če bi, bi takšne drobne vibracije oddajale zaznaven zvok. Konec koncev, je dejal, je zvok zgolj posledica sile, ki pritiska na molekule, kar ustvarja tlačni val, ki se širi in registrira, ko udari v ušesno mrežo. Prav tako je utemeljil, da čeprav šum, ki ga ustvarja celica, ne bo slišen, ga lahko zazna še posebej občutljiv instrument.
Gimzewski je primeren za reševanje vprašanja, saj je strokovnjak za instrumentacijo - zgradil je lastne mikroskope - in udobno doma v svetu neskončnega. Vodja nanotehnologije ali znanosti manipulacije posameznih atomov in molekul za izdelavo mikroskopskih strojev je Gimzewski pred tem delal v IBM-ovem raziskovalnem laboratoriju v Zürichu v Švici, kjer je s sodelavci zgradil vrteči se molekulski propeler 1, 5 nanometra oziroma 0, 0000015 milimetrov v premeru. Zgradili so tudi najmanjši abakus na svetu, ki je imel kot kroglice posamezne molekule s premerom manj kot en sam nanometer. Če nič drugega, podvigi, ki so bili deležni velikega odobravanja, so pokazali, da ima veliko naopako obljubljanje nanotehnologije podlago v resnici.
Gimzewski je za svoj prvi korak v sonocitologijo pridobil kvasne celice od kolegov iz biokemije na UCLA. ("Zgleda, " se spominja, ko je razlagal, zakaj želi celice.) V sodelovanju s študentom Andrejem Pellingom je Gimzewski zasnoval način za testiranje celičnega hrupa z nanotehnološkim orodjem, imenovanim atomic force microscope (AFM). Običajno AFM ustvari vizualno sliko celice tako, da prenese svojo zelo drobno sondo, ki je tako majhna, da je njen vrh mikroskopski po površini celice, saj meri vsako izboklino in votlino njene zunanje membrane. Računalnik pretvori podatke v sliko. Toda raziskovalci UCLA so drobno sondo AFM držali v fiksnem položaju in jo rahlo naslonili na površino celične membrane "kot rekordno iglo", pravi Pelling, da bi zaznali morebitne zvočne vibracije.
Par je ugotovil, da se celična stena dvigne in pade tri nanometre (približno 15 ogljikovih atomov, zloženih drug na drugega) in vibrira v povprečju 1.000 krat na sekundo. Razdalja, ki jo celica premika, določa amplitudo ali glasnost zvočnega vala, hitrost gibanja navzgor in navzdol pa je njegova frekvenca ali nagib. Čeprav je bila glasnost kvasnih celic daleč prenizka, da bi jo bilo slišati, Gimzewski pravi, da je bila njena frekvenca teoretično v mejah človeškega sluha. "Torej, vse, kar počnemo, je povečanje glasnosti, " doda.
Gimzewski (v svojem laboratoriju UCLA ima model molekule ogljika) z atomskim silo mikroskopom uporablja "poslušanje" živih celic. (Debra DiPaolo) Pogostost celic kvasovk, ki so jih testirali raziskovalci, je bila vedno v enako visokem razponu, "približno na ostro C do D nad srednjo C v smislu glasbe, " pravi Pelling. Škropljenje alkohola po celici kvasa, da bi ga ubil, dvigne glasnost, medtem ko mrtve celice oddajajo tih, ropotajoč zvok, za katerega Gimzewski pravi, da je verjetno posledica naključnih atomskih gibanj. Par je tudi ugotovil, da celice kvasovk z genetskimi mutacijami oddajajo nekoliko drugačen zvok kot običajne celice kvasa; ta vpogled je spodbudil upanje, da se bo tehnika sčasoma uporabila pri diagnosticiranju bolezni, kot je rak, za katerega se verjame, da izvira iz sprememb v genetski sestavi celic. Raziskovalci so začeli preizkušati različne vrste sesalskih celic, vključno s kostnimi celicami, ki imajo nižjo tono kot celice kvasovk. Raziskovalci ne vedo, zakaj.
Malo so znanstveniki seznanjeni z Gimzewskijevim in Pellingovim sonocitološkim delom, ki v znanstveni literaturi ni bilo objavljeno in preučeno. (Raziskovalci so za objavo predložili svoje izsledke v strokovno pregledno revijo.) Beseda iz ust je vzbudila skepticizem in občudovanje. Znanstvenik, znan po raziskavi, Hermann Gaub, predsednik uporabne fizike na univerzi LudwigMaximilianUniversity v Münchnu v Nemčiji, pravi, da zvoki, za katere Gimzewski meni, da so celične vibracije, lahko imajo tudi drug izvor. "Če bi vir te vibracije našli v celici, bi bilo to revolucionarno, spektakularno in neverjetno pomembno, " pravi Gaub. "Vendar obstaja veliko potencialnih virov zvoka zunaj celice, ki jih je treba izključiti." Pelling se strinja in pravi, da on in Gimzewski delata teste, da izključita možnost, da druge molekule v tekočini, ki kopajo celice, ali celo sam vrh mikroskopa, ustvarjajo vibracije, ki jih pobere njihova sonda.
Ratnesh Lal, nevroznanstvenik in biofizik na kalifornijski univerzi v Santa Barbari, ki je preučeval pulzacije srčnih celic, ki jih v posodi ohranjajo žive, pravi, da je Gimzewskijevo znanje o nanotehnologiji morda ključno za ugotovitev, ali celice proizvajajo zvok. "Končno upanje je, da se to uporabi pri diagnostiki in preprečevanju, " pravi Lal in dodaja: "Če je na svetu kdo, ki to zmore, lahko."
Gimzewski priznava, da je treba narediti še več dela. Medtem so ugotovitve pritegnile njegovega kolega z UCLA Michaela Teitella, patologa, specializiranega za raka na limfocitu, tipu belih krvnih celic. Podvrže človeške in mišje mišične celice in kostne celice drogam in kemikalijam, ki povzročajo genetske in fizične spremembe; Gimzewski bo nato skušal "poslušati" spremenjene celice in jih razlikovati po njihovih zvokih.
Teitell pravi, da je misel o odkritju raka na njegovih najzgodnejših celičnih stopnjah vznemirljiva, toda ali bo tehnologija delovala kot diagnostično orodje, še ni videti (ali slišati). Ideje ne želi preveč prodajati: "Lahko bi se izkazalo, da bodo vsi ti signali tako mishmash, da jih ne bomo mogli jasno prepoznati drug od drugega."
Gimzewski upa, da bo delo imelo praktično uporabo, vendar ga lovi tako lov kot ulov. "Ne glede na izid, " pravi, "me v prvi vrsti vodi radovednost in navdušenje nad pojavom mobilnega gibanja - kaj je naravo spodbudilo k ustvarjanju takšnega mehanizma in zares poglobljeno razumeti, kaj pomenijo ti lepi zvoki." Že samo možnost, da je odkril novo značilnost celic, z vsemi intrigantnimi vprašanji, ki se porajajo, je, pravi, "že več kot dovolj darilo."
