Lysaktiverede molekylære maskiner får celler i tale

En af de vigtigste måder, hvorpå celler "taler" med hinanden for at koordinere væsentlige biologiske aktiviteter såsom muskelsammentrækning, hormonfrigivelse, neuronal affyring, fordøjelse og immunaktivering er gennem calciumsignalering.

Forskere fra Rice University har brugt lysaktiverede molekylære maskiner til at udløse intercellulære calciumbølgesignaler, hvilket afslører en kraftfuld ny strategi til at kontrollere cellulær aktivitet, ifølge en ny undersøgelse offentliggjort i Nature Nanotechnology . Denne teknologi kan føre til forbedrede behandlinger for mennesker med hjerteproblemer, fordøjelsesproblemer og mere.

"De fleste af de lægemidler, der er udviklet indtil dette tidspunkt, bruger kemiske bindingskræfter til at drive en specifik signaleringskaskade i kroppen," sagde Jacob Beckham, en kandidatstuderende i kemi og hovedforfatter på undersøgelsen. "Dette er den første demonstration af, at du i stedet for kemisk kraft kan bruge mekanisk kraft - induceret, i dette tilfælde af enkeltmolekyle nanomaskiner - til at gøre det samme, hvilket åbner et helt nyt kapitel i lægemiddeldesign."

Forskere brugte små molekyle-baserede aktuatorer, der roterer, når de stimuleres af synligt lys, for at inducere et calcium-signaleringsrespons i glatte muskelceller.

Vi mangler bevidst kontrol over mange af de kritiske muskler i vores krop:Hjertet er en ufrivillig muskel, og der er glat muskelvæv langs vores årer og arterier, der kontrollerer blodtryk og cirkulation; glatte muskler omkranser vores lunger og tarme og er involveret i fordøjelsen og vejrtrækningen. Evnen til at gribe ind i disse processer med en mekanisk stimulus på molekylært niveau kunne være spilskiftende.

"Beckham har vist, at vi kan kontrollere for eksempel cellernes signalering i en hjertemuskel, hvilket er virkelig interessant," siger James Tour, Rice's T. T. og W. F. Chao professor i kemi og professor i materialevidenskab og nanoteknik.

"Hvis du kun stimulerer én celle i hjertet, vil det sprede signalet til nabocellerne, hvilket betyder, at du kunne have målrettet, justerbar molekylær kontrol over hjertefunktionen og muligvis lindre arytmier," sagde Tour.

De molekylære maskiner blev aktiveret af et kvart sekund lange lysimpulser og gjorde det muligt for forskere at kontrollere calciumsignalering i en hjertemyocytcellekultur, hvilket fik de inaktive celler til at fyre.

"Molekylerne tjente i det væsentlige som nano-defibrillatorer og fik disse hjertemuskelceller til at begynde at slå," sagde Beckham.