Оксид азота является важной сигнальной молекулой в организме, С роль в формировании нервной системы соединений, которые способствуют обучению и памяти. Он также функционирует в качестве посланника в сердечно-сосудистой и иммунной систем.
Но это было трудно для исследователей, чтобы изучать именно то, что его роль в этих системах и как он функционирует. Потому что это газ, не было практического способа, чтобы направить его на конкретные индивидуальные ячейки для того, чтобы наблюдать его последствия. Теперь, команда ученых и инженеров из Массачусетского технологического института и в других странах уже нашли способ генерации газа именно в целевых местах внутри тела, потенциально открывая новые направления исследований по воздействию этой важной молекулы.
Результаты отражаются в журнале Nature нанотехнологий, в работе профессора Массачусетского технологического института Полина Аникеева, Karthish Manthiram, и Йоэль Финк; аспирант Цзиминь парк; постдок Kyoungsuk Джин; и еще 10 человек в MIT и в Тайване, Японии и Израиля.
«Это очень важное соединение,» — говорит Аникеева. Но выяснение отношений между доставки оксида азота в частности клеток и синапсов, и в результате более высокого уровня влияния на процесс обучения был трудным. До сих пор большинство исследований прибегают к изучению системных эффектов, путем выбивания генов, отвечающих за выработку ферментов, которые организм использует для производства оксида азота, где это необходимо в качестве посланника.
Но такой подход, говорит она, «очень грубой силы. Это молоток для системы, потому что вы с ним спали не только из одной конкретной области, скажем, в мозг, но вы существенно выбить из организма, и это может иметь другие побочные эффекты».
Другие пробовали введения веществ в организм, что освобождение оксида азота, так как они разлагаются, что может привести к несколько более локализованной эффектов, но они все равно расплываются, а это очень медленный и неконтролируемый процесс.
Решение команды использует электрический напряжение для привода реакцию, которая производит оксид азота. Это похоже на то, что происходит в гораздо большем масштабе с некоторыми промышленном электрохимических производственных процессов, которые являются относительно модульной и контролируемым, что позволит местным и по требованию химического синтеза. «Мы взяли эту концепцию и сказал, Знаешь что? Вы можете быть так местные и так модульный с электрохимическим процессом, что вы даже можете сделать это на уровне клеток,» Manthiram говорит. «И я думаю, что еще более интересно об этом является то, что если вы используете электрический потенциал, у вас есть возможность начать производство и прекратить производство в мгновение ока».
Ключевым достижением команды было найти способ для такого рода электрохимически управляемая реакция эксплуатироваться эффективно и селективно на наноуровне. Что требуется найти подходящий катализатор материал, который может генерировать оксид азота из доброкачественных прекурсор материала. Они обнаружили, что нитрит представляет собой перспективный прекурсор для электрохимической генерацией оксида азота.
«Мы придумали идею сделать индивидуальный наночастиц, способных катализировать реакции», — говорит Джин. Они обнаружили, что ферменты, которые катализируют генерации оксида азота в природе содержат железо-Серные центры. Черпая вдохновение из этих ферментов, они разработали катализатор, который состоял из наночастиц сульфида железа, который активирует выработку окиси производящих реакции в присутствии электрического поля и нитритов. Дальнейшее легирование этих наночастиц платины, команде удалось повысить их эффективность электрокаталитического.
Миниатюризации электрокаталитические клетки шкале биологических клеток, команда создала пользовательские волокон, содержащих положительные и отрицательные микроэлектроды, которые покрыны с сульфид железа наночастицы, и микрофлюидного канала на поставку нитрита натрия, прекурсор материала. Когда вживленный в мозг, эти волокна прямым предшественником конкретных нейронов. Тогда реакция может быть активирован по желанию электрохимически, посредством электродов в те же волокна, производя мгновенный выброс право оксида азота в этом месте так, что его эффекты могут быть записаны в режиме реального времени.
Как испытание, они использовали в модели грызуна, чтобы активировать участок мозга, который, как известно, награда центра мотивация и социальное взаимодействие, и, что играет роль в зависимости. Они показали, что он действительно провоцировать ожидаемый сигнальные ответы, демонстрируя свою эффективность.
Аникеева говорит, что это «будет очень полезной биологической исследовательской платформы, потому что, наконец, люди будут иметь возможность для исследования роли окиси азота на уровне одиночных клеток, в организме, которые выполняют задачи».Она отмечает, что есть определенные нарушения, которые связаны с нарушениями азотной окиси сигнальные пути, поэтому более детальные исследования того, как этот путь работает, может помочь привести к лечению.
Метод может быть обобщенным, говорит Парк, как способ получения других молекул биологических интерес в организме. «По сути, мы можем сейчас это очень масштабируемое и миниатюрный способ для создания многих молекул, пока мы найти соответствующий катализатор, и пока мы не найдем подходящее исходное соединение, что тоже безопасно». Этот подход к генерации сигнальных молекул в природе может иметь широкое применение в биомедицине, — говорит он.
«Один из наших рецензентов на рукописи указано, что это никогда не было сделано — электролиз в биологических системах никогда не использовались для контроля биологической функции», — говорит Аникеева. «Так, это по сути начало поля, которые потенциально могли бы быть очень полезны» для изучения молекул, которые могут быть доставлены в точное место и время, для исследований в области нейробиологии или любые другие биологические функции. Эта способность изменять молекулы на спрос внутри тела могут быть полезны в таких областях, как Иммунология или исследований рака, говорит она.
Начинался этот проект еще в результате есть шанс разговора между парком и Цзинь, которые были друзьями, работающими в разных направлениях — нейробиология и электрохимии. Свои первоначальные случайные дискуссии в конечном итоге ведущие к полномасштабной совместной работы между несколькими отделами. Но в современном заблокированной мира, — говорит Джин, такие случайные встречи и разговоры стали реже. «В контексте того, как сильно изменился мир, если бы это было в эту эру, в которой мы все друг от друга, и не в 2018 году, есть некоторый шанс, что это сотрудничество может просто не случиться.»
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!