Orme spiser på nanopartikler for at hjælpe med at teste teknologi til biologisk kraftsensor

Millimeterlange orme, der fordøjer et nanopartikel-snøret måltid af deres yndlingsbakterier, kan i sidste ende føre til en ny måde at se cellulære kræfter på i vores egne kroppe, herunder processer som sårheling og kræftvækst.

Nøglen er, at disse særlige nanopartikler lyser, når de rammes af en nær-infrarød laser og ændrer farve afhængigt af trykket omkring dem. Så, de kan videregive oplysninger i realtid om de kræfter, de gennemgår, mens de stadig er inde i ormen.

"Ændrede kræfter på mobilniveau ligger til grund for mange lidelser, herunder hjertesygdomme og kræft, "sagde Jennifer Dionne, lektor i materialevidenskab og teknik ved Stanford og en af ​​hovedforskerne for denne forskning. "Dette ville være en nanoskala -aflæsning, som du kunne bruge in vitro eller in vivo til at opdage sygdom på et meget tidligt tidspunkt."

Dionne er gået sammen med Miriam B. Goodman, professor i molekylær og cellulær fysiologi, gennem et Stanford Bio-X frøbevilling, som specifikt tildeles for at fremme sådanne tværfaglige partnerskaber. Goodman studerer mekanikken ved berøringsfornemmelse i Caenorhabditis elegans, ormene, der spiser på Dionnes nanopartikler.

Ser orme fordøje

Selvom det endelige mål med arbejdet er at opdage kraft i menneskelige celler, holdet tester sin tilgang i disse knapt synlige orme, fordi, som hos mennesker, fordøjelse i orme involverer mekanisk gnashning og skubning, der kan give indsigt i, hvordan disse nanopartikler registrerer cellulær kraft.

"Farven, som hver nanopartikel udsender, ændres fra rød til orange, når der er en mekanisk kraft i størrelsesorden nanonewton til mikronwton - et kraftområde, der menes at være meget relevant for intercellulære kræfter, "sagde Alice Lay, en kandidatstuderende i Dionne -laboratoriet, der leder eksperimenterne.

Efter at have studeret sunde orme, teamet vil introducere mutationer i blandingen for at skelne genekspressionens rolle på cellulære kræfter. Disse mutationer giver teamet mulighed for bedre at forstå fordøjelses- og relaterede lidelser, herunder syre refluks og brokdannelse.

Fra ormemad til menneskers sundhed

Vi vil måske ikke tro, at vi har meget tilfælles med bakterieædende orme, men denne forskning kan påvirke, hvordan vi studerer og forstår menneskelig berøring, fordøjelse, Kræft, sårheling, celledeling og differentiering, og, sandsynligt, meget mere.

"Mekaniske kræfter spiller en væsentlig rolle for at bestemme skæbnen og funktionen af ​​en celle eller et organ, "Sagde Dionne." For eksempel, hver gang vores hjerte banker, vores ører hører eller et sår heler, cellulære kræfter er involveret. "

Den lille størrelse af nanopartiklerne betyder, at de har potentiale til at producere ekstremt højopløste kraftkort, giver et vindue ind i skub og træk af og af celler på et dybt subcellulært niveau. En skønne dag, disse biokompatible nanopartikler kunne indtages eller injiceres i en person i et specifikt område, såsom på et sårsted eller mistanke om tumor. Ved at læse farverne fra nanopartiklerne, laboratorier kunne oprette et kraftkort, der angiver cellernes fine aktivitet i området omkring dette område.

Tilføjelse til Goodmans tidligere forskning om, hvordan neuroner behandler følelsen af ​​berøring, denne teknik kunne også øge vores forståelse af de kræfter, der er involveret i at fornemme verden omkring os. "Flere detaljer om, hvordan vi oplever berøring, kan informere oversættelsen af ​​berøring til ikke-biologiske systemer, som proteser, "Sagde Goodman.

Indtil nu, Dionnes laboratorium har lavet nanopartikler, Goodmans orme har med succes spist den højteknologiske snack, og forskerne har taget statiske billeder af nanopartiklerne inde i ormene. Det næste trin er at fange den dynamiske emission af nanopartikler over tid, som vil afsløre de ændringer i kraft partiklerne undergår under fordøjelsen.