211service.com
Vibruojančios ląstelės atskleidžia savo negalavimus
Sujungdami fiziką, inžineriją ir mikrobiologiją, MIT mokslininkai išmatavo raudonųjų kraujo kūnelių vibracijos dažnį ir parodė, kad šie dažniai atspindi ląstelių sveikatą. Tyrimas gali padėti atlikti geresnę medicininę diagnostiką.
Energingos ląstelės: MIT Michael Feld ir Subra Suresh, naudodami Feldo laboratorijoje sukurtą techniką, sugebėjo atvaizduoti maliarijos parazitu užkrėstos kraujo ląstelės membranos virpesius (viršuje). Feldo technika taip pat pateikė ląstelių vidaus vaizdus (apačioje), leidžiančius tyrėjams susieti ląstelių virpesių dažnius su ligos progresu.
Darbas buvo atliktas bendradarbiaujant MIT fizikui Michaelas Fieldas ir Subra Suresh , MIT inžinerijos mokyklos dekanas ir medžiagų mokslininkas. Feldas vadovauja MIT lazerinių biomedicininių tyrimų centrui, kuris sukūrė vaizdo gavimo techniką, galinčią sukurti trimačius gyvų ląstelių vaizdus. Suresho laboratorija atliko eksperimentus, kad išmatuotų tokius dalykus kaip raudonųjų kraujo kūnelių, užkrėstų maliarijos parazitais, standumas.
Raudonųjų kraujo kūnelių viduje vyksta elektrinis, cheminis ir biologinis aktyvumas, dėl kurio jo paviršiuje atsiranda nanoskalės virpesiai. Norėdami išmatuoti ląstelių virpesių dažnius, mokslininkai sujungė Feldo vaizdavimo techniką su difrakcijos fazės mikroskopija, kai lazerio spindulys, praeinantis per ląstelę, vėl prisijungia prie atskaitos spindulio, kuris nepraeina, sukurdamas savitą trukdžių modelį. Norėdami nustatyti ryšį tarp ląstelių vibracijos ir jų sveikatos, mokslininkai panaudojo Feldo techniką, kad sukurtų trimačius maliarijos parazito vaizdus raudonųjų kraujo kūnelių viduje. Jie taip pat išmatavo hemoglobino kiekį ląstelėse įvairiais maliarinės infekcijos etapais.
To niekada anksčiau nebuvo daroma, sako Aresas Rosakis , Kalifornijos technologijos instituto aeronautikos ir mechaninės inžinerijos profesorius. Optinių metodų sumažinimas iki [nano masto] lygio yra labai sudėtingas. (Rosakis darbe nedalyvavo, nors vienas iš jo buvusių magistrantūros studentų dalyvavo.)
Rosakis mato du naujus metodus. Vienas iš jų yra tobulinti kompiuterinius ląstelių modelius, nes Feldo ir Suresho matavimai yra daug tikslesni nei ankstesni matavimai. Kitas yra geresnė diagnostika. JAV ligų kontrolės centrai (CDC) pažymi, kad šiuo metu pagrindinis maliarijos testas neveikia sergant ūmine maliarija : gali atpažinti ligą tik po to. Galų gale, tokia technika kaip Feld ir Suresh galėtų būti būdas aptikti maliariją, kai ji vyksta. Pagalvokite apie gydytojo ar net neapmokyto techniko ateitį, kuris [technologiją] įdiegs komerciniame mikroskope ir... akimirksniu sužinos apie ligos būklę, sako Rosakis.
Sureshas pažymi, kad mechanikos inžinieriai retai dirbdavo su ląstelių biologija, o dar rečiau – su fizikais. Tačiau jam ir Feldui nereikia išeiti iš pastato, kad bendradarbiautų, sako jis.
Jiedu pradėjo dirbti kartu maždaug prieš pustrečių metų, kai Feldas pakvietė Sureshą papasakoti apie darbą, kurį jo laboratorija atlieka su maliarijos ląstelėmis. Po Suresho pokalbio jiedu nusprendė sujungti jėgas ir instrumentus, kad išmatuotų sveikų ir sergančių raudonųjų kraujo kūnelių vibracijos greitį.
Jie pasirinko maliarines ląsteles dėl Suresho darbo su jomis patirties, tačiau tai reiškė, kad Feldo laboratorija turėjo būti pertvarkyta, kad atitiktų CDC 2 lygio biologinės saugos standartus. Šiam projektui vadovavo viena iš Suresho komandos tyrėjų Monica Diez-Silva, vienintelė mikrobiologė bet kurioje grupėje.
Maliarijos užpuolikui per savo gyvavimo ciklą, vystantis, dauginantis ir pašalintas iš ląstelės, prireikia 48 valandų. Taigi tyrėjai turėjo įvertinti užkrėstas ląsteles iš kiekvieno to 48 valandų proceso etapo, esant tokioms temperatūroms, kurios imituotų karščiavimą ir atšalimą, kurį žmogaus kūnas patiria maliarinės infekcijos metu.
Vibruojančios ląstelių membranos vienu metu juda tik nanometrais, o tie judesiai vyksta mikrosekundėmis – milijoninėmis sekundės dalimis. Norėdami užfiksuoti duomenis iš lazerio spindulio, einančio per ląsteles, mokslininkai naudojo Feldo vaizdavimo techniką, kuri sujungia kelis vaizdus į kompoziciją. Ši technika yra tomografijos rūšis, kurios principas yra kompiuterinės tomografijos (KT) nuskaitymo pagrindas.
Rosakis sako, kad vaizdavimas naudojant trukdžių modelius yra ypač sudėtingas žiūrint į raudonuosius kraujo kūnelius, kurie yra spurgos formos ir skysti, nuolat keičiantys formą visomis kryptimis.
Pirmasis Suresho ir Feldo eksperimentų rinkinys užtruko beveik aštuonis mėnesius, įskaitant savaites ir savaites, kad būtų galima surinkti 3-D parazitų vaizdus ląstelėse. Tada jie nusprendė pažvelgti į hemoglobino kiekį, kuris taip pat užtruko mėnesius. Jie praleido beveik šešis mėnesius rašydami rezultatus, kurie bus paskelbti Nacionalinės mokslų akademijos darbai šią savaitę.
Sureshas teigia, kad tyrimas turėtų būti taikomas bet kokio kito tipo gyvoms ląstelėms. Jis ir Feldas nori pažvelgti į raudonuosius kraujo kūnelius, sergančius pjautuvine anemija, ir galbūt vėžio ląsteles, nors bus sunkiau ištirti ląsteles, turinčias branduolį.
Suresh ir Feld metodai dar negali būti naudojami ligoms diagnozuoti, tačiau Sureshas teigia, kad jų darbas sudaro mokslinį pagrindą, leidžiantį įvertinti ligas ląstelių lygiu.