Radijo bangų emisija gali vaidinti universalią jungiklį • Vera Bashmakova • Mokslinės naujienos apie "Elementus" • Bionanotechnologija, fiziologija

Radijo emisija gali atlikti universalaus „jungiklio“ vaidmenį organizme

Pav. 1. Technikos schema. Nanodalelės (Nanodalelė) yra siejamas su antikūnų prieš histidino žymą (Anti-jo antikūnai), todėl prisijungti prie TRPV1 receptoriaus, pažymėto histidino žyma. Pagal radijo bangas (radijo bangos) nanodalelės pašildomos ir generuojamos šilumos (Šiluma), kuris veda prie receptoriaus atidarymo ir patekimo į Ca jonų ląsteles2+. Kalcio jonams per baltymines grandines (Kalcineurinas, nFAT) insulino išraiškos yra "susietos" (kaip tai daroma, išsamiai aprašyta naujienose. Baltymų sintezę galima valdyti naudojant šviesą, Elements, 2011 m. liepos 5 d.). Vaizdas iš straipsnio diskusijoje Mokslas

Pasaulis, kurį moksliniai fantastikos rašytojai apibūdino savo kūriniuose prieš kelis dešimtmečius, palaipsniui tampa realybe. Vienas iš naujausių įvykių yra neseniai paskelbtas Amerikos mokslininkų darbas Mokslas. Tai tiesiog neįtikėtina: mokslininkai išmoko radijo bangomis sumažinti gliukozės kiekį kraujyje eksperimentinėse pelėse.

Nanotechnologijos vystosi nejaukiai, todėl tik prieš dešimtmetį pasiekti neįsivaizduojamų rezultatų (žr. 2010 m. Rugpjūčio 23 d. "Vėžys gydant grafteną ir lazerį", "Elements", 2010 m. Rugsėjo 7 d., 3D nano zondų stebuklai, "Elements", rugpjūčio 23 d.).Vis dėlto reikia apgailestauti, kad nemažai nanotechnologinių tyrimų yra skirti įprastoms, o ne revoliucinėms tendencijoms. Iš esmės, tai, kas daroma anksčiau, yra padaryta nedaug patobulinimų ir skirtumų. Paprastai nanodalelės yra naudojamos kaip biosensoriai tam tikrų medžiagų nustatymui arba kaip narkotikų išleidimo įtaisai (žr. "Vaistas").

Tačiau akivaizdu, kad nanodalelės gali daug daugiau. Tai buvo "didesnis", kurį galėjo pasiekti "Geoffrey Friedman" vadovaujamų Amerikos mokslininkų komanda. Tyrėjai sugebėjo sukurti reikiamų ląstelių reakcijų su radijo bangomis gavimo būdą. Radijo bangomis šilumos metalo nanodalelės, susijusios su specifiniais receptoriais ląstelių membranoje, ir šie receptoriai įjungiami kaitinant ir gaminant reikiamus ląstelinius atsakus. Pasirodo, radijo bangos yra kažkas panašaus į peilio jungiklį, kuris gali sukelti beveik bet kurį pageidaujamą ląstelių atsaką.

Pagrindinės darbo sąlygos buvo tokios. Tarkime, kad mes turime ką nors pasiekti iš organizmo – kai kurių neuronų ar raumenų sužadinimo, kai kurių medžiagų išlaisvinimo liaukų ląstelėmis ir tt. Kaip tai padaryti?

Galite pasiimti chemines medžiagas, kurios veikia receptorius tikslinėse ląstelėse, arba kitais būdais sukuriate reikiamus efektus. Bet čia mes susiduriame su daugybe problemų. Pirma, tinkama medžiaga gali nebūti. Antra, net jei jis egzistuoja, jis gali turėti nemalonų šalutinį poveikį, pavyzdžiui, jis gali turėti ne tik tas ląsteles, kurių mums reikia, bet ir kitus. Trečia, jei dirbame su nervų sistema, tikėtina, kad mūsų pasirinkta medžiaga negalės pereiti per hematoencefalinę barjerą, ir iš to nebus prasmės.

Na, tada tu gali tai padaryti pigiai ir piktai: sumaišykite elektrodą į ląstelę, per ją prapjaukite srovę ir tada (jei, žinoma, ląstelė išlieka ir jausmas toleruojamas) pasiekia tam tikrą poveikį. Šis metodas yra nepatikimas, trauminis ir turi daugybę apribojimų ir šalutinių poveikių.

Galiausiai yra ir kitas, daug elegantiškas ir atsargus būdas – optogenetika. Mes kuriame genetiškai modifikuotą būtį, kurio specifiniai jonų kanalai, reaguojantys į šviesą, pvz., Channelrodopsin, ekspresuojami reikiamose ląstelėse.Mes įdedame apšvietimo įrenginį (paprastai lazerį) į sukurtą gyvulį tinkamoje vietoje ir jį spindi; "gaudant" šviesą, jonų kanalai yra sužadinami ir sukelia reikiamą ląstelių reakciją.

Žinoma, metodas yra geras, tačiau jis taip pat turi daug trūkumų. Pirma, tai brangu. Antra, jums reikia iš anksto sukurti specialią gyvūnų liniją. Trečia, lazerio implantavimas gali būti trauminis, o kartais (jei mes nuspręsime apšviesti midbrainą ar kažką taip pat sunkiai pasiekiamą) ir mirtiną eksperimentinį kūną.

Lauko implantavimo poreikis yra galbūt didžiausia problema. Faktas yra tas, kad šviesa neprasiskverbia į gyvus audinius ir turi būti pristatyta dirbtinai. Dabar, jei būtų galima rasti kito "patogeno", kurio gyvas audinys nebūtų kliūtis …

Pavyzdžiui, radijo emisija. Žemos ir vidutinės dažnio radijo bangos puikiai įsiskverbia į audinius, nes jų audinių absorbcija (ir poveikis šiems audiniams) yra minimali. Priešingai, kiti substratai, pavyzdžiui, metalinės nanodalelės, puikiai sugeria radijo bangas ir todėl iš jų kaitina (šildymo laipsnis priklauso nuo nanodalelių dydžio, jo sudėties ir lauko stiprumo).Todėl, jei mes dedame nanodalelę į kūną, o tada ją apšvitinsime radijo bangomis, dalelės pašviesės, bet pats kūnas nebus.

Taigi, kas? Koks yra mūsų naudojimas tuo, kad kažkur gyvūno viduje plaukia maža karšta metalo dalis?

Nauda yra tikrai puiki. Faktas yra tai, kad yra specialių ląstelių receptorių, kurie reaguoja į šilumą – kapsaicino receptorius arba TRPV1. Esant aukštoms temperatūroms aukštesnėje nei 43 ° C, šie receptoriai atidaro ir perduoda jonines sroves per save – daugiausia kalcio. Kalcio jonai yra gerai, nes jūs galite "susieti" beveik bet kurią ląstelinę reakciją (tai yra, mes galime padaryti, kad ląstelė atliktų tinkamus dalykus, kai padidėjo kalcio jonų kiekis). Todėl, jei sugebėsime "auginti" receptorių norimoje ląstelėje, tada kažkaip sujunkite jį su nanodalelėmis, tada šildykite, tada turėsime universalią sistemą, manipuliuojančią beveik bet kurią ląstelę.

Kaip tai pasiekti? Pradėkime nuo jo.

Taigi, pirmas dalykas, kurį reikia padaryti, – "auginti" TRPV1 receptorius būtinose ląstelėse (tai yra, kad ląstelės išreiškia šio receptoriaus geną). Norėdami tai padaryti, yra kruopščiai išvystytos technologijos, vadinamos "nok-in" (žrgenas nunuodamas) ir atvirkštines nokautas (žr. genų naikutį), kuriame genas iš ląstelių, priešingai, yra išjudintas.

Kitas žingsnis – prijungti receptorius (esančius ant ląstelių) su nanodalelėmis (plaukiojančiomis kažkur už jos ribų). Dėl to yra elegantiškas ir paprastas judesys. Pakanka prisirišti prie receptoriaus bet kokius "pinigus", kurie, viena vertus, turi ryškią asmenybę (tai yra, buvo pakankamai unikalus, kad yra tam tikrų medžiagų, kurios jungiasi tik su ja ir nieko), o kita – neveikia receptoriaus funkcijų vykdymo. Nanodalelė turi būti padengta šiomis labai įpareigojančiomis medžiagomis. Dabar, kai vos susitiko, receptorius ir nanodalelė sandarus tarpusavyje, o šildant nanodalelę galime paveikti šį receptorių. Tokiu atveju polihistidino žyma (žr. Polihistidino žymę) buvo naudojama kaip "drožlių", o kaip ši medžiaga su juo susijusi antikūna buvo naudojama ši žyma. Dėl to mes ne tik pasiekiame receptorių ir nanodalelių ryšį, bet ir atsikratome "įgimtų" TRPV1 receptorių, ty tų, kurie patys yra išreikšti kūno, todėl jie nėra paženklinti etikete, yra nereikalingų ląstelių reikia aktyvuoti.

Ir čia mes turime stabilią sistemą: nanodalelės yra susijusios su receptoriais, sėdinčiais norimose ląstelėse (ir tik jų). Dabar yra pakankamai kine švitinti radijo bangomis nanodalelių šildymui, todėl sukelia receptorių aktyvavimą, kalcio jonų įvedimą į ląstelę ir reikiamus ląstelių atsakus.

Būtina kalbėti apie konkrečias detales, naudojamas šiame darbe.

Nano dalelės iš geležies oksido Fe naudojamos kaip nanodalelės.3O4 – FeNP, kurie pašildomi esant palyginti žemai 465 kHz radiacijos dažniui (šiuo metu dažniausiai nėra kūno audinių kaitinimo). Dalelių dydis buvo 20 nm, taigi jie galėjo laisvai judėti netelpinėje erdvėje. Atsižvelgiant į radijo švitinimą, ląstelės turėjo pradėti gaminti insuliną, baltymų hormoną, kurio pagrindinis poveikis yra gliukozės kiekio kraujyje mažinimas.

Iš pradžių mokslininkai nusprendė patikrinti, ar jų metodas veiktų ne visam organizmui, bet bent jau atskiroms ląstelėms. Norėdami tai padaryti, jie paėmė HEK293 ląstelių liniją, kurioje, atsižvelgiant į kai kurias jo savybes, labai patogu įterpti naujas genetines konstrukcijas.Tokiu atveju šios ląstelės buvo, pirma, TRIPV1 receptorių, pažymėtų polihistidinomis (TRPV1 – His), ir, antra, Ca2+– nepriklausoma insulino sintezės sistema. Kitaip tariant, padidinus intracellular kalcio jonų lygį, šios ląstelės pradėjo gaminti insuliną.

Šiai ląstelių kultūrai pridėjus nanodalelės, padengtos antikūnams prieš polihizidino žymą, mokslininkai apšvitino gautą mišinį radijo bangomis ir … nustatyta, kad padidėja insulino prekursoriaus lygis, kurį sukelia ląstelės, insulinas ir insulino mRNR lygis. Technika dirbo!

Atėjo laikas eksperimentuoti su gyvūnais. Tuo tikslu mokslininkai naudojo neuroendokrininių ląstelių PC-12 liniją, kuri galėtų gaminti daug baltymų.

Šiose ląstelėse tyrėjai įterpė aukščiau aprašytą TRPV1 – His-Ins sistemą (t. Y. Ca2+Savarankiškai gamindamas insuliną ir turinčius savo žymėtą TRPV1), tada implantuoti šias ląsteles nuogiose pelėse (žr. "Nude" pelę; šiose pelėse yra labai silpna imuninė sistema, todėl jų kūnas beveik nepanaikina persodintų ląstelių). Ląstelės įsitvirtino ir pradėjo dalytis, dėl to atsirado gyvūnų navikai.

Tada eksperimentinės pelės įpurškė nanodaleles į naviką, o kontrolę – fiziologiniu fiziologiniu tirpalu.Po to gyvūnai buvo apšvitinti radijo bangomis ir tikrino insulino ir gliukozės kiekį kraujyje. Insulino lygis padidėjo, o gliukozės kiekis sumažėjo (2 pav.) – tai reiškė, kad sistema taip pat veikia visą organizmą.

Pav. 2 Pagal radijo bangas (RF) eksperimentinių pelių kraujyje sumažina gliukozės kiekį. Diagrama pažymėta juodu kvadratu– patyrusios pelės, injekuojamos nanodalelėmis. Balta pažymėta diagrama, – kontrolinės pelės, įšvirkštos fiziologiniu tirpalu. Iki horizontali ašis – laikas minutėmis. Iki vertikali ašis – gliukozės kiekio kraujyje pokytis, palyginti su pradiniu, miligramais į decilitą. Vaizdas iš straipsnio diskusijoje Mokslas

Rezultatai buvo nuostabūs, tačiau mokslininkams to nepakako. Jie buvo priversti, kad sukurta technika reikalauja arba nanodalelių inkubacija su ląstelėmis (in vitro) arba šitų dalelių švirkštimas į kūną (in vivo) Ir kas, jei pačios ląstelės gaminti nanodaleles? Tai atrodytų nerealus uždavinys iš tiesų yra lengvai pasiekiamas. Feritino baltymų kompleksas, kuris yra pagrindinis lydinio geležies depasas, gali sudaryti kažką panašaus į natūralias paramagnetines nanodaleles. Be to, neseniai atliktame tyrime (K. Ziv ir kt., 2010 m.Buvo parodyta, kad ilgą laiką feritino per ilgesnį laiką per ilgesnį laiką ekspresuojamas be specialių pasekmių ilgai laikant dietinį geležies papildymą ir senėjimą (PDF, 3 MB). Jei feritinas plauktų ląstelių viduje, tada nebus būtina rūpintis, kad jis jungtųsi su TRPV1 receptoriumi, jis jau bus kažkur netoli. Tuo pačiu metu ląstelė, žinoma, tampa labai karšta ir tai gali pasirodyti rimta povandenine akmens šio metodo. Tačiau verta sukurti praktiškai savireguliacinę sistemą, kuri nereikalauja jokių medžiagų iš išorės.

Pav. 3 Technikos darbo schema su endogeninėmis nanodalelėmis. Feritino dalelės, kaitinant iš radijo emisijos, perduoda šilumą į receptorių ir taip suteikia ląstelei kalcio jonus. Vaizdas iš straipsnio diskusijoje Mokslas

Taigi tyrėjai privertė ląsteles išreikšti:
1) šiek tiek modifikuotas feritinas;
2) TRPV1 receptorius ir
3) virš Ca2+– nepriklausoma insulino ekspresijos sistema.

Ir dėl to, po radijo švitinimo, taip pat išaugo proinsulino lygis! Tačiau šio metodo efektyvumas buvo maždaug trečdaliu mažesnis nei ankstesnis, kai nanodalelės sklido už kameros.Tačiau šis metodas nepriklauso nuo injekcijų ir, jeigu galėčiau tai pasakyti, yra labiau savarankiškas; Be to, genetiškai užkoduoti nanodaleliai suteikia daug daugiau laisvės: pavyzdžiui, jūs galite priversti jas išreikšti visoje kūnoje, dirbti tam tikro tipo ląstelėse ir pan. Žinoma, ši technika toliau tobulės. Pvz., Galite naudoti įvairias nanodalelės, kurios įkaista skirtinguose bangos ilgiuose, kad pasiektų skirtingus efektus skirtingiems radijo emisijos diapazonams.

Ir čia mes turime siaubingą naują techniką, kuri buvo prieš penkiasdešimt metų, išskyrus tai, kad tai buvo fantazijos svajonė mūsų drąsiausiuose svajonėse. Ateityje ji žada daug naudos žmonijai. Vaizduotėje atsiranda milžiniški bioreaktoriai, kuriuose, veikiant radijo emisijai, ląstelių kultūros gamina sudėtingiausias medžiagas; vaistas, kuris nereikalauja nei narkotikų, nei operacijų – nieko, išskyrus radijo bangas; Eksperimentiniai mokslininkai, kurie, vietoj kruopštaus ir brangių manipuliacijų, tik apšvitina eksperimentinius organizmus su radijo bangomis, siekdami norimo rezultato.

Tačiau be šių idiliškų paveikslų yra ir kitų.Vienodos eilės biokiborgų su nanodalelėmis agresijos centre (ventrolateralinėje ventromedialiojo branduolio dalyje, žr. Ventromedialiojo branduolio, Dayu Lin ir kt., 2011 m.). Piktžolė aplink jungiklio jungiklį. "Radionarcomany", be galo stimuliuojančios nanodalelės malonumo centre. Ir daugelis kitų siaubo jau aprašyti mokslinės fantastikos romanuose. Tikėkimės, kad pavyks išvengti viso to.

Šaltinis: Sarah A. Stanley, Jennifer E. Gagner, Shadi Damanpour, Mitsukuni Yoshida, Jonathan S. Dordick, Jeffrey M. Friedman. Nanodalelės gali reguliuoti plazmos gliukozę pelėms Mokslas. V. 336. P. 604-608.

Vera Bashmakova


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: