Geresnis ląstelių prijungimo būdas

Supratimas, kaip smegenų ir širdies ląstelės apdoroja ir generuoja elektrinius signalus, gali padėti naujai suprasti neurologines ir širdies ligas. Tačiau dar prieš kelerius metus tiesiog nebuvo įmanoma padaryti elektrinių įrašų pavienių elementų lygiu. 2006 m. Harvardo mokslininkai naudojo nanolaidinius tranzistorius, kad išmatuotų elektrinius signalus 50 taškų išilgai vieno neurono. Dabar ta pati tyrimų grupė sukūrė naują nanolaidų įrašymo sistemą ir panaudojo ją tam, kad užfiksuotų kai kuriuos tiksliausius, aukštos kokybės elektros įrašus, kada nors padarytus iš širdies ląstelių.

Ląstelių signalai : Ląstelės, išaugintos ant lankstaus plastikinio pagrindo, pažymėto raudonai, mikroskopu yra išdėstytos virš nanolaidinio tranzistorių matricos. Kiti komponentai, pažymėti spalvotomis rodyklėmis, yra šildymo sistema, skirta elementams šilti (mėlyna), elektros įvadai (raudona) ir manipuliatorius elementams perkelti (žalia).

Harvardo darbas, kuriam vadovavo chemijos ir chemijos-biologijos profesorius Charlesas brangusis , yra tyrimų, susijusių su nanovydžių nanotechnologijų ir biomokslų, priešakyje, sakoma Zhong Lin Wang , Georgia Tech Nanostruktūrų apibūdinimo centro Regents profesorius.

Nano mastelio įrenginiai, kurie elektriškai sąveikauja su ląstelėmis, galėtų padėti ne tik geriau suprasti ligų kilmę, bet ir geresnius nervinius protezus bei kitus medicinos prietaisus.

Lieberas sako, kad jo laboratorijos tikslas yra sukurti elektrinius prietaisus, kurie sąveikautų su biologiniais audiniais biologiškai reikšmingu mastu, kitaip tariant, nanoskalėje. Ląstelės apdoroja elektrinius signalus, kai tie signalai sklinda ląstelės ilgiu; Pavyzdžiui, tarpląstelinis elektrinis apdorojimas, vykstantis neuronuose, vaidina svarbų vaidmenį normaliam ir nenormaliam mokymuisi ir atminčiai. Jei norite suprasti, kaip signalai sklinda ir kodėl tai vyksta ne taip, kaip turėtų, sergant tokiomis ligomis kaip epilepsija ar širdies aritmija, reikia išmatuoti tikslią skalę, sako Lieberis.

Norėdamas sukurti tokius smulkaus masto įrašus, Lieberis naudoja tranzistorius, pagamintus iš vos dešimčių nanometrų skersmens silicio laidų. Nanolaideliai auginami reakcijos kameroje, tada išlygiuojami ant silicio plokštelės ir tiekiami su metaliniais elektrodais bei jungtimis. Iki šiol mokslininkai ląsteles augindavo ant lusto, kad nanolaidelius sujungtų su ląstelėmis.

Mes pripažinome, kad nebūtinai reikia auginti ląsteles ant substrato, sako Lieberis. Vietoj to, šią savaitę internete aprašytuose tyrimuose Nacionalinės mokslų akademijos darbai , Harvardo grupė augina ląsteles ant lankstaus polimero lakštų. Patys nanolaidai yra draugiški ląstelėms, tačiau standžios silicio plokštelės nėra pati draugiškiausia vieta biologiniams audiniams augti. Augindami audinius atskirai ant plastikinių substratų, Harvardo mokslininkai gali sukurti geresnius audinių mėginius, su kuriais dirbti. Geresni pavyzdžiai reiškia prasmingesnius matavimus. Ir kadangi Harvardo mokslininkai mikroskopu gali padėti audinį virš nanolaidelių, jie gali pasirinkti tam tikras audinių sritis arba tam tikras ląsteles, iš kurių bus įrašyti. Galimybė jau augančią ląstelių grupę susisiekti su įrašymo matrica taip pat bus labai svarbi gaminant būsimus implantus.

Modulinis požiūris yra gana elegantiškas, sako Peidong Yang , Kalifornijos universiteto Berklio chemijos profesorius. Yang naudojo nanolaidų matricas, kad ištirtų elektros įvesties poveikį kamieninių ląstelių vystymuisi.

Iki šiol Harvardo grupė naudojo modulinę sistemą, kad įrašytų elektrinį aktyvumą plakant širdies audinius. Vieno eksperimento metu, sako Lieberis, jie sugebėjo nukreipti audinį per nanolaidų matricas, kad būtų galima išsamiai įrašyti elektrines jungtis tarp trijų širdies ląstelių. Jis sako, kad sklidimo greitis nėra vienodas ir priklauso nuo jų ryšio detalių. Pavyzdžiui, ryšys tarp dviejų elementų parodė didesnę elektrinę varžą nei tarp kitų.

Norint suprasti, ką šie išsamūs biofiziniai matavimai reiškia sveikatos ir ligų atžvilgiu, reikės atlikti ir išanalizuoti daug daugiau. Tačiau, sako Yang, Liebero darbas rodo, kad atlikti sudėtingus, didelės erdvinės ir laiko skiriamosios gebos matavimus yra įmanoma.

Šis tyrimas išplečia nanotechnologijų taikymą ląstelių sąsajai, kuri tikriausiai yra vienas iš perspektyviausių biologinių nanolaidų pritaikymo būdų. Nikolajus Kotovas , Mičigano universiteto chemijos inžinerijos profesorius. Nanomedžiagų kūrimas šiam tikslui gali padėti daugeliui žmonių, sergančių niokojančiomis ligomis, susijusiomis su signalo perdavimo tarp ląstelių sutrikimu.

Lieberas dabar naudoja modulinę sistemą, kad padarytų įrašus iš nervinio audinio, kuris yra trapesnis, ir kuria naujus nanolaidų išdėstymo būdus. Viena iš priežasčių, kodėl šie maži laidai gali užmegzti tokius gerus elektros ryšius su ląstelėmis, yra ta, kad didelis paviršiaus plotas liečiasi su aplinkiniais audiniais. Sukurdamas skirtingų konfigūracijų nanolaidų matricas, Lieberis tikisi atskleisti dar daugiau laidų paviršių sąveikai su ląstelėmis.

Grupė taip pat dirba su nanolaidiniais įrenginiais, kurie vienu metu gali įrašyti tiek elektrinius, tiek cheminius signalus. Ankstesnis Liebero darbas parodė, kad nanolaidiniai tranzistoriai, papuošti rišančiomis molekulėmis, gali veikti kaip ypač jautrūs cheminiai jutikliai: jų laidumas keičiasi nuspėjamai, kai jie prisijungia prie dominančios molekulės, pavyzdžiui, neuromediatoriaus. Vienu metu registruojant elektrinių signalų, hormonų, neurotransmiterių ir kitų cheminių medžiagų poveikį, būtų galima gauti labiau integruotą biologinių funkcijų vaizdą.

paslėpti