Παιδιά, χλοοκοπτικά, αεροπλάνα, τρένα, αυτοκίνητα - σχεδόν όλα κάνουν θόρυβο. Και αν δύο επιστήμονες της Καλιφόρνιας έχουν δίκιο, έτσι και οι ίδιοι κάνουν ζωντανά κύτταρα. Σε πρόσφατα πειράματα που χρησιμοποιούν τη μεθοριακή επιστήμη της νανοτεχνολογίας, οι ερευνητές έχουν βρει στοιχεία που αποδεικνύουν ότι τα κύτταρα ζύμης εκπέμπουν ένα είδος ψευδαισθήματος, ενώ τα κύτταρα των θηλαστικών μπορεί να εκπέσουν ένα άλλο. Η έρευνα, αν και είναι ακόμη προκαταρκτική, είναι δυνητικά «επαναστατική», όπως το θέτει ένας επιστήμονας, και μια πιθανή, μακριά ιατρική εφαρμογή είναι ήδη επιδιωκόμενη: κάποια μέρα, η σκέψη πηγαίνει, ακούγοντας τους ήχους που κάνουν τα κύτταρα σας ένας γιατρός, πριν εμφανιστούν τα συμπτώματα, εάν είστε υγιείς ή πρόκειται να είστε άρρωστοι.
σχετικό περιεχόμενο
- Μπορεί η νανοτεχνολογία να σώσει τις ζωές;
Ο ιδρυτής της μελέτης των ηχητικών κυττάρων ή "sonocytology", όπως τον ονομάζει, είναι ο Jim Gimzewski, ένας 52χρονος χημικός της UCLA που συνέβαλε στην έκθεση του μουσείου τέχνης για τη μοριακή δομή. Η ιδέα των ηχητικών κυττάρων ήρθε σε αυτόν το 2001, αφού ένας ιατρικός ερευνητής του είπε ότι όταν ζουν καρδιακά κύτταρα τοποθετούνται σε ένα τρυβλίο Petri με κατάλληλα θρεπτικά συστατικά, τα κύτταρα θα συνεχίσουν να παλμούν. Ο Gimzewski άρχισε να αναρωτιέται αν όλα τα κύτταρα θα μπορούσαν να νικήσουν και αν ναι, τέτοιες μικροσκοπικές δονήσεις θα παράγουν έναν ανιχνεύσιμο ήχο. Σε τελική ανάλυση, ο ήχος είναι απλώς το αποτέλεσμα μιας δύναμης που πιέζει τα μόρια, δημιουργώντας ένα κύμα πίεσης που εξαπλώνεται και καταγράφει όταν χτυπά το τύμπανο. Επίσης, υποστήριξε ότι παρόλο που ένας θόρυβος που παράγεται από ένα κύτταρο δεν θα ακουγόταν, θα μπορούσε να ανιχνευθεί από ένα ιδιαίτερα ευαίσθητο όργανο.
Ο Gimzewski είναι πολύ κατάλληλος για να αντιμετωπίσει την ερώτηση, είναι και ειδικός στην οργάνωση - έχει κατασκευάσει τα δικά του μικροσκόπια - και άνετα στο σπίτι στον κόσμο των απειροελάχιστων. Ένας ηγέτης στη νανοτεχνολογία ή η επιστήμη του χειρισμού μεμονωμένων ατόμων και μορίων για την κατασκευή μικροσκοπικών μηχανών, ο Gimzewski εργάστηκε στο ερευνητικό εργαστήριο της IBM στη Ζυρίχη της Ελβετίας όπου ίδρυσε με τους συναδέλφους του μια περιστρεφόμενη μοριακή έλικα 1, 5 νανόμετρα ή 0, 0000015 χιλιοστά σε διάμετρο. Κατασκεύασαν επίσης το μικρότερο άβακτο του κόσμου, το οποίο είχε ως χάντρες μεμονωμένα μόρια με διάμετρο μικρότερο από ένα μόνο νανομέτρο. Αν δεν υπήρχε τίποτα άλλο, τα επιτεύγματα, τα οποία κέρδισαν μεγάλη αναγνώριση, έδειξαν ότι η πολύ υποσχόμενη υπόσχεση της νανοτεχνολογίας είχε στην πραγματικότητα βάση.
Για την πρώτη του εισβολή στην sonocytology, ο Gimzewski απέκτησε κύτταρα ζυμομύκητα από συνεργάτες της βιοχημείας στην UCLA. Ο Gimzewski επινόησε έναν τρόπο να δοκιμάσει τον κυτταρικό θόρυβο με ένα εργαλείο νανοτεχνολογίας που ονομάζεται μικροσκόπιο ατομικής δύναμης (AFM). Συνήθως, ένα AFM δημιουργεί μια οπτική εικόνα ενός κυττάρου περνώντας τον πολύ μικροσκοπικό του ανιχνευτή, ο ίδιος τόσο μικρός, το άκρο του είναι μικροσκοπικό, πάνω στην επιφάνεια του κυττάρου, μετρώντας κάθε χτύπημα και κοίλωμα της εξωτερικής του μεμβράνης. Ένας υπολογιστής μετατρέπει τα δεδομένα σε μια εικόνα. Αλλά οι ερευνητές της UCLA κρατούσαν τον μικροσκοπικό καθετήρα της AFM σε σταθερή θέση, στηρίζοντάς την ελαφρώς στην επιφάνεια μιας κυτταρικής μεμβράνης "σαν μια βελόνα ρεκόρ", λέει ο Pelling, για να ανιχνεύσει τυχόν δονήσεις που δημιουργούν ήχο.
Το ζευγάρι διαπίστωσε ότι το κυτταρικό τοίχωμα ανεβαίνει και πέφτει τρία νανόμετρα (περίπου 15 άτομα άνθρακα στοιβάζονται το ένα πάνω στο άλλο) και δονείται κατά μέσο όρο 1.000 φορές ανά δευτερόλεπτο. Η απόσταση που κινεί το τοίχωμα του κυττάρου καθορίζει το πλάτος ή τον όγκο του ηχητικού κύματος και η ταχύτητα της κίνησης προς τα πάνω και προς τα κάτω είναι η συχνότητα ή το βήμα. Αν και ο όγκος του ήχου κυττάρων ζύμης ήταν πολύ χαμηλός για να ακουστεί, ο Gimzewski λέει ότι η συχνότητά του ήταν θεωρητικά εντός του φάσματος της ανθρώπινης ακοής. "Το μόνο που κάνουμε είναι να αυξήσουμε τον όγκο", προσθέτει.
Ο Gimzewski (που κατέχει ένα μοντέλο μορίου άνθρακα στο εργαστήριό του στο UCLA) χρησιμοποιεί ένα μικροσκόπιο ατομικής δύναμης για να "ακούει" τα ζωντανά κύτταρα. (Debra DiPaolo) Η συχνότητα των κυττάρων ζυμομυκήτων που δοκιμάστηκαν οι ερευνητές ήταν πάντοτε στο ίδιο υψηλό εύρος, "για ένα C-sharp στο D πάνω από το μεσαίο C όσον αφορά τη μουσική", λέει ο Pelling. Ο ψεκασμός αλκοόλ σε μια κυψέλη ζυμομύκητα για να σκοτωθεί, αυξάνει το γήπεδο, ενώ τα νεκρά κύτταρα εκπέμπουν ένα χαμηλό, τρεμάμενο ήχο που λέει ο Gimzewski είναι πιθανώς το αποτέλεσμα τυχαίων ατομικών κινήσεων. Το ζεύγος επίσης διαπίστωσε ότι τα κύτταρα ζύμης με γενετικές μεταλλάξεις κάνουν έναν ελαφρώς διαφορετικό ήχο από τα κανονικά κύτταρα ζύμης. αυτή η ενόραση ενθάρρυνε την ελπίδα ότι η τεχνική θα μπορούσε τελικά να εφαρμοστεί στη διάγνωση ασθενειών όπως ο καρκίνος, που πιστεύεται ότι προέρχεται από αλλαγές στη γενετική σύνθεση των κυττάρων. Οι ερευνητές έχουν αρχίσει να δοκιμάζουν διαφορετικά είδη κυττάρων θηλαστικών, συμπεριλαμβανομένων των οστικών κυττάρων, τα οποία έχουν χαμηλότερο βήμα από τα κύτταρα ζύμης. Οι ερευνητές δεν ξέρουν γιατί.
Λίγοι επιστήμονες γνωρίζουν το έργο του Gimzewski και Pelling, το οποίο δεν έχει δημοσιευθεί στην επιστημονική βιβλιογραφία και έχει εξεταστεί προσεκτικά. (Οι ερευνητές υπέβαλαν τα συμπεράσματά τους σε ένα επιστημονικό περιοδικό για δημοσίευση.) Το Word of mouth προκάλεσε σκεπτικισμό καθώς και θαυμασμό. Ένας επιστήμονας εξοικειωμένος με την έρευνα, ο Hermann Gaub, πρόεδρος της εφαρμοσμένης φυσικής στην LudwigMaximilianUniversity στο Μόναχο της Γερμανίας, λέει ότι οι ήχοι που πιστεύει ο Gimzewski είναι ότι οι κυτταρικοί δονήσεις μπορεί να έχουν άλλες καταβολές. "Εάν η πηγή αυτής της δόνησης θα βρεθεί μέσα στο κελί, αυτό θα ήταν επαναστατικό, θεαματικό και απίστευτα σημαντικό", λέει ο Gaub. "Υπάρχουν, ωστόσο, πολλές πιθανές [ήχου] πηγές έξω από το κελί που πρέπει να αποκλειστούν". Ο Pelling συμφωνεί και λέει ότι ο ίδιος και ο Gimzewski κάνουν δοκιμές για να αποκλείσουν το ενδεχόμενο ότι άλλα μόρια στο υγρό κολύμβησης των κυττάρων ή ακόμα και στην κορυφή του ίδιου του μικροσκοπίου δημιουργούν δονήσεις που ο ανιχνευτής τους συλλέγει.
Ο Ratnesh Lal, ένας νευροεπιστήμονας και βιοφυσικός στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στη Σάντα Μπάρμπαρα, ο οποίος έχει μελετήσει τις παλμούς καρδιακών κυττάρων που κρατούνται ζωντανοί σε ένα πιάτο, λέει ότι η τεχνογνωσία της νανοτεχνολογίας του Gimzewski μπορεί να είναι το κλειδί για να διαπιστωθεί αν τα κύτταρα παράγουν ήχο. "Η τελική ελπίδα είναι να το χρησιμοποιήσουμε στη διάγνωση και την πρόληψη", λέει ο Lal, προσθέτοντας: "Αν υπάρχει κάποιος στον κόσμο που μπορεί να το κάνει, μπορεί."
Ο Gimzewski αναγνωρίζει ότι χρειάζεται περισσότερη δουλειά. Εν τω μεταξύ, τα ευρήματα έχουν τραβήξει την προσοχή του συναδέλφου του UCLA Michael Teitell, ενός παθολόγου ειδικευμένου σε καρκίνους του λεμφοκυττάρου, έναν τύπο λευκών αιμοσφαιρίων. Υποβάλλει ανθρώπινα και ποντίκια μυϊκά κύτταρα και κύτταρα οστών σε φάρμακα και χημικές ουσίες για να προκαλέσει γενετικές και φυσικές αλλαγές. Ο Gimzewski θα προσπαθήσει στη συνέχεια να "ακούσει" τα αλλαγμένα κελιά και να τα διακρίνει από τους ήχους τους.
Η Teitell λέει ότι η σκέψη της ανίχνευσης του καρκίνου στα πρώτα της κυτταρικά στάδια είναι συναρπαστική, αλλά αν και η τεχνολογία θα λειτουργήσει ως διαγνωστικό εργαλείο, πρέπει να το δούμε (ή να ακούσουμε). Δεν θέλει να ξεπεράσει την ιδέα: «Θα μπορούσε να αποδειχθεί ότι όλα αυτά τα σήματα θα είναι ένα τέτοιο λάθος ότι δεν θα είμαστε σε θέση να προσδιορίσουμε ξεκάθαρα το ένα από το άλλο».
Ο Gimzewski ελπίζει ότι το έργο θα έχει πρακτική εφαρμογή, αλλά είναι ενθουσιασμένος τόσο από το κυνήγι όσο και από τα αλιεύματα. «Όποια και αν είναι η έκβαση», λέει, «οδηγώ κυρίως από την περιέργεια και τον ενθουσιασμό στο φαινόμενο της κυψελοειδούς κίνησης - τι ενέπνευσε τη φύση να δημιουργήσει ένα τέτοιο μηχανισμό και να καταλάβει πραγματικά σε βάθος τι σημαίνουν αυτοί οι όμορφοι ήχοι». Η απλή πιθανότητα να ανακαλύψει ένα νέο χαρακτηριστικό των κυττάρων, με όλες τις ενδιαφέρουσες ερωτήσεις που θέτει, είναι, λέει, "κάτι περισσότερο από αρκετό δώρο".
