Bir hücrenin iç dünyasını keşfetmek ve genişletmek

Bir hücrenin iç dünyasını keşfetmek ve genişletmek

Hücrenin iç dünyasını keşfetmek ve genişletmek için hücre içi bir anten olan Cell Rover’ın bir sanatçı yorumu. Kredi: IronWeber ve Lauri Purhonen’in modelleriyle Deblina Sarkar için Irakli Zurabishvili.

MIT Medya Laboratuarı’ndaki araştırmacılar, canlı bir hücrenin içinde kablosuz olarak çalışabilen minyatür bir anten tasarladılar ve antenin hücresel aktiviteyi gerçek zamanlı olarak izleme ve hatta yönlendirme potansiyeli nedeniyle tıbbi teşhis ve tedavi ve diğer bilimsel süreçlerde olanaklar yarattı.

MIT Medya Laboratuvarı’nda yardımcı doçent ve AT&T Kariyer Geliştirme Başkanı ve Nano-Sibernetik Biotrek Laboratuvarı başkanı Deblina Sarkar, “Bu araştırmanın en heyecan verici yönü, hücresel ölçekte siborglar yaratabiliyor olmamızdır” diyor. “Bilgi teknolojisinin çok yönlülüğünü, biyolojinin yapı taşları olan hücreler düzeyinde birleştirebiliyoruz.”

Araştırmayı anlatan bir makale bugün dergide yayınlandı. DoğaHaberleşme.

Araştırmacılar tarafından Cell Rover olarak adlandırılan teknoloji, hücre içinde çalışabilen ve 3 boyutlu biyolojik sistemlerle uyumlu bir antenin ilk gösterimini temsil ediyor. Sarkar, tipik biyoelektronik arayüzlerin milimetre ve hatta santimetre boyutlarında olduğunu ve yalnızca son derece istilacı olmadığını, aynı zamanda tek hücrelerle kablosuz olarak etkileşim kurmak için gereken çözünürlüğü sağlayamadığını söylüyor – özellikle bir hücredeki değişikliklerin bile tüm organizmayı etkileyebileceği düşünüldüğünde.

Sarkar’ın ekibi tarafından geliştirilen anten, bir hücreden çok daha küçük. Aslında, ekibin oosit hücreleriyle yaptığı araştırmasında, anten hücre hacminin yüzde 0,05’inden daha azını temsil ediyordu ve bu da onu hücreye girip hücreye zarar verecek bir boyutun oldukça altına koyuyordu.

Bir hücrenin içinde çalışmak için bu boyutta bir anten inşa etmenin bir yolunu bulmak önemli bir zorluktu.

Bunun nedeni, geleneksel antenlerin, ilettikleri ve aldıkları elektromanyetik dalgaların dalga boyuna göre boyut olarak karşılaştırılabilir olması gerekmesidir. Bu tür dalga boyları çok büyüktür – dalga frekansına bölünen ışığın hızını temsil ederler. Aynı zamanda, bu oranı ve antenin boyutunu azaltmak için frekansı artırmak, yüksek frekanslar canlı dokuya zarar veren ısı ürettiği için ters etki yapar.

Media Lab araştırmacıları tarafından geliştirilen anten, elektromanyetik dalgaları, dalga boyları elektromanyetik dalgalarınkinden beş büyüklük sırası daha küçük olan akustik dalgalara dönüştürür – dalga frekansına bölünen ses hızını temsil eder.

Elektromanyetik dalgalardan akustik dalgalara bu dönüşüm, manyetostriktif olarak adlandırılan malzeme kullanılarak minyatür antenler üretilerek gerçekleştirilir. Antene bir manyetik alan uygulandığında, onu çalıştırıp çalıştırdığında, manyetostriktif malzeme içindeki manyetik alanlar alana göre hizalanır, malzemede gerilim yaratır, bir kumaş parçasına dokunan metal uçların güçlü bir mıknatısa tepki verme şekli güçlü bir mıknatısa neden olabilir. kumaş bükülür.

Sarkar’ın laboratuvarında öğrenci olan ve bu çalışmanın baş yazarı Baju Joy, antene alternatif bir manyetik alan uygulandığında, malzemede üretilen değişken gerilim ve gerilimin (basınç) antende akustik dalgaları oluşturduğunu söylüyor. Joy, “Ayrıca, gezicileri hücrelere sokmak için tek tip olmayan bir manyetik alan kullanarak yeni bir strateji geliştirdik” diye ekliyor.

Sarkar, bu şekilde yapılandırılan antenin, doğal süreçler meydana geldikçe biyolojinin temellerini keşfetmek için kullanılabileceğini söylüyor. Tipik olarak yapıldığı gibi sitoplazmalarını incelemek için hücreleri yok etmek yerine, Cell Rover bir hücrenin gelişimini veya bölünmesini izleyebilir, enzimler gibi farklı kimyasalları ve biyomolekülleri veya hücre basıncı gibi fiziksel değişiklikleri tespit edebilir – hepsi gerçek zamanlı ve canlılarda.

Araştırmacılara göre, kimyasal veya biyomoleküler değişikliklere tepki olarak kütle veya streste değişime uğrayan polimerler gibi malzemeler (zaten tıbbi ve diğer araştırmalarda kullanılıyor) Cell Rover’ın çalışmasıyla entegre edilebilir. Böyle bir entegrasyon, hücrenin yok edilmesini içeren mevcut gözlem tekniklerinin sağlayamadığı içgörüler sağlayabilir.

Bu tür yeteneklerle Cell Rovers, örneğin kanser ve nörodejeneratif hastalık araştırmalarında değerli olabilir. Sarkar’ın açıkladığı gibi, teknoloji, hastalığın bireysel hücrelerde ilerlemesiyle ilişkili biyokimyasal ve elektriksel değişiklikleri tespit etmek ve izlemek için kullanılabilir. İlaç keşfi alanında uygulanan teknoloji, canlı hücrelerin farklı ilaçlara verdiği tepkileri aydınlatabilir.

Sarkar, transistörler ve anahtarlar gibi nanoelektronik cihazların karmaşıklığı ve ölçeği nedeniyle -“bilgi teknolojisi alanında elli yıllık muazzam gelişmeleri temsil eden” diyor – mini anteni ile Cell Rover, tüm yol boyunca çeşitli işlevleri yerine getirebilir. hücrenin otonom keşfi ve modülasyonu için hücre içi bilgi işlem ve bilgi işlemeye. Araştırma, birden fazla Hücre Gezgini’nin, tek bir hücre içinde bile, kendi aralarında ve hücrelerin dışında iletişim kurmak için devreye girebileceğini gösterdi.

MIT Mühendislik Okulu dekanı ve Vannevar Bush Elektrik Mühendisliği ve Bilgisayar Bilimi Profesörü Anantha P. Chandrakasan, “Hücre Rover, algılama, iletişim ve bilgi teknolojisini canlı bir hücrenin içine yerleştirebildiği için yenilikçi bir kavramdır” diyor. “Bu, son derece hassas teşhisler, terapötikler ve ilaç keşfi için benzeri görülmemiş fırsatlar yaratmanın yanı sıra biyoloji ve elektronik cihazlar arasında kesişme noktasında yeni bir yön yaratıyor.”

Araştırmacılar, hücre içi anten teknolojisine Cell Rover adını, tıpkı bir Mars gezginininki gibi, yeni bir sınırı keşfetme misyonunu çağırmak için verdiler.

Sarkar, “Hücre Gezgini’ni hücrenin iç dünyasını keşfeden bir keşif gezisi olarak düşünebilirsiniz.”


Geleneksel olanlardan çok daha küçük yeni membran tabanlı anten


Daha fazla bilgi:
Baju Joy ve diğerleri, Cell Rover—canlı hücreler içinde kablosuz çalışma için minyatürleştirilmiş bir manyetostriktif anten, DoğaHaberleşme (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-32862-4

Massachusetts Teknoloji Enstitüsü tarafından sağlanmıştır

Bu hikaye, MIT araştırmaları, inovasyonları ve öğretimi ile ilgili haberleri kapsayan popüler bir site olan MIT News’in (web.mit.edu/newsoffice/) izniyle yeniden yayınlanmıştır.

Alıntı: Cell Rover: Bir hücrenin iç dünyasını keşfetmek ve büyütmek (2022, 22 Eylül), 23 Eylül 2022’de https://phys.org/news/2022-09-cell-rover-exploring-augmenting-world.html adresinden alınmıştır.

Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amaçlı herhangi bir adil işlem dışında, yazılı izin alınmadan hiçbir bölüm çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgi amaçlı sağlanmıştır.