Een van de belangrijkste manieren waarop cellen met elkaar ‘praten’ om essentiële biologische activiteiten te coördineren, zoals spiercontractie, hormoonafgifte, neuronale prikkeling, spijsvertering en immuunactivatie, is via calciumsignalering.

Wetenschappers van Rice University hebben door licht geactiveerde moleculaire machines gebruikt om intercellulaire calciumgolfsignalen te activeren, wat een krachtige nieuwe strategie onthult voor het controleren van cellulaire activiteit, volgens een nieuwe studie gepubliceerd in Nature Nanotechnology . Deze technologie zou kunnen leiden tot verbeterde behandelingen voor mensen met hartproblemen, spijsverteringsproblemen en meer.

"De meeste medicijnen die tot nu toe zijn ontwikkeld, gebruiken chemische bindingskrachten om een ​​specifieke signaalcascade in het lichaam aan te sturen", zegt Jacob Beckham, afgestudeerd scheikundestudent en hoofdauteur van het onderzoek. "Dit is de eerste demonstratie dat je, in plaats van chemische kracht, mechanische kracht kunt gebruiken - in dit geval veroorzaakt door nanomachines met één molecuul - om hetzelfde te doen, wat een heel nieuw hoofdstuk opent in het ontwerpen van medicijnen." /P>

Wetenschappers gebruikten op kleine moleculen gebaseerde actuatoren die roteren wanneer ze worden gestimuleerd door zichtbaar licht om een ​​calciumsignaleringsreactie in gladde spiercellen te induceren.

We hebben geen bewuste controle over veel van de cruciale spieren in ons lichaam:het hart is een onwillekeurige spier, en er is glad spierweefsel langs onze aderen en slagaders, dat de bloeddruk en de bloedsomloop regelt; gladde spieren bekleden onze longen en darmen en zijn betrokken bij de spijsvertering en ademhaling. Het vermogen om in deze processen in te grijpen met een mechanische stimulus op moleculair niveau zou het spel kunnen veranderen.

"Beckham heeft aangetoond dat we bijvoorbeeld de signalering van cellen in een hartspier kunnen controleren, wat erg interessant is", zegt James Tour, Rice's T.T. en W.F. Chao hoogleraar scheikunde en hoogleraar materiaalkunde en nano-engineering.

"Als je slechts één cel in het hart stimuleert, zal deze het signaal doorgeven aan de aangrenzende cellen, wat betekent dat je gerichte, aanpasbare moleculaire controle over de hartfunctie zou kunnen hebben en mogelijk aritmieën zou kunnen verlichten," zei Tour.

Geactiveerd door lichtpulsen van een kwart seconde, stelden de moleculaire machines wetenschappers in staat de calciumsignalering in een myocytcelcultuur van het hart te controleren, waardoor de inactieve cellen gingen vuren.

"De moleculen dienden in wezen als nano-defibrillatoren, waardoor deze hartspiercellen gingen kloppen", aldus Beckham.