science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Wormen eten op nanodeeltjes om te helpen bij het testen van biologische krachtsensortechnologie

In het Dionne-lab in Stanford, een laser zorgt ervoor dat nanodeeltjes gesuspendeerd in cyclohexaan licht uitstralen. De nanodeeltjes veranderen van kleur afhankelijk van de druk om hen heen en geven realtime informatie over de krachten die ze ondergaan. Krediet:Alice Lay

Millimeterlange wormen die een maaltijd vol met nanodeeltjes van hun favoriete bacteriën verteren, kunnen uiteindelijk leiden tot een nieuwe manier om cellulaire krachten in ons eigen lichaam te zien, inclusief processen zoals wondgenezing en kankergroei.

De sleutel is dat deze specifieke nanodeeltjes gloeien wanneer ze worden geraakt door een nabij-infraroodlaser en van kleur veranderen afhankelijk van de druk om hen heen. Dus, ze kunnen realtime informatie geven over de krachten die ze ondergaan terwijl ze nog in de worm zitten.

"Veranderde krachten op celniveau liggen ten grondslag aan veel aandoeningen, waaronder hartaandoeningen en kanker, " zei Jennifer Dionne, universitair hoofddocent materiaalkunde en engineering aan Stanford en een van de hoofdonderzoekers van dit onderzoek. "Dit zou een uitlezing op nanoschaal zijn die je in vitro of in vivo zou kunnen gebruiken om ziekte in een zeer vroeg stadium op te sporen."

Dionne werkt samen met Miriam B. Goodman, een professor in de moleculaire en cellulaire fysiologie, via een Stanford Bio-X seed-subsidie, die specifiek wordt toegekend om dergelijke interdisciplinaire partnerschappen aan te moedigen. Goodman bestudeert de mechanica van tastgevoel bij Caenorhabditis elegans, de wormen die eten op Dionne's nanodeeltjes.

Kijken hoe wormen verteren

Hoewel het uiteindelijke doel van het werk is om kracht in menselijke cellen te detecteren, het team test zijn aanpak in deze nauwelijks zichtbare wormen omdat, zoals bij mensen, vertering in wormen is mechanisch knarsen en duwen dat inzicht kan geven in hoe deze nanodeeltjes cellulaire kracht registreren.

"De kleur die elk nanodeeltje uitzendt, verandert van rood naar oranje wanneer er een mechanische kracht is in de orde van nanonewtons tot micronewtons - een krachtbereik waarvan men denkt dat het zeer relevant is voor intercellulaire krachten, " zei Alice Lay, een afgestudeerde student in het Dionne-lab die de experimenten leidt.

Na het bestuderen van gezonde wormen, het team zal mutaties in de mix introduceren om de rol van genexpressie op cellulaire krachten te onderscheiden. Deze mutaties zullen het team in staat stellen om spijsverterings- en aanverwante stoornissen beter te begrijpen, waaronder zure reflux en hernia-vorming.

Van wormenvoer tot menselijke gezondheid

We willen misschien niet geloven dat we veel gemeen hebben met bacterie-etende wormen, maar dit onderzoek zou van invloed kunnen zijn op hoe we menselijke aanraking bestuderen en begrijpen, spijsvertering, kanker, wond genezen, celdeling en differentiatie, en, aannemelijk, veel meer.

"Mechanische krachten spelen een belangrijke rol bij het bepalen van het lot en de functie van een cel of van een orgaan, " zei Dionne. "Bijvoorbeeld, elke keer dat ons hart klopt, onze oren horen of een wond geneest, cellulaire krachten zijn betrokken."

De kleine omvang van de nanodeeltjes betekent dat ze het potentieel hebben om krachtenkaarten met een extreem hoge resolutie te produceren, het verschaffen van een venster in het duwen en trekken van en door cellen op een diep subcellulair niveau. op een dag, deze biocompatibele nanodeeltjes kunnen worden ingenomen of geïnjecteerd in een persoon in een specifiek gebied, zoals op een wondplaats of vermoedelijke tumor. Door de kleuren te lezen die door de nanodeeltjes worden uitgezonden, labs kunnen een krachtenkaart maken die de fijnschalige activiteit van de cellen rond dat gebied aangeeft.

Als toevoeging aan Goodman's eerdere onderzoek naar hoe neuronen het gevoel van aanraking verwerken, deze techniek zou ook ons ​​begrip kunnen vergroten van de krachten die betrokken zijn bij het waarnemen van de wereld om ons heen. "Meer details over hoe we aanraking ervaren, zou de vertaling van aanraking naar niet-biologische systemen kunnen ondersteunen, zoals protheses, ' zei Goedman.

Tot dusver, Dionne's lab heeft de nanodeeltjes gemaakt, De wormen van Goodman hebben de hightech-snack met succes opgegeten en de onderzoekers hebben statische beelden gemaakt van de nanodeeltjes in de wormen. De volgende stap is het vastleggen van de dynamische emissie van de nanodeeltjes in de tijd, die de veranderingen in kracht die de deeltjes ondergaan tijdens de spijsvertering zullen onthullen.