Børn, græsslåmaskiner, fly, tog, biler - næsten alt skaber støj. Og hvis to Californiens forskere har ret, skal du også gøre levende celler. I nylige eksperimenter, der anvender nanoteknologiens grænseundersøgelse, har forskerne fundet bevis for, at gærceller afgiver en slags skrig, mens pattedyrceller måske giver af en anden. Selvom forskningen stadig er indledende, er potentielt "revolutionerende", som en videnskabsmand udtrykker den, og en mulig, ganske vist fjern medicinsk anvendelse, forfølges allerede allerede: En dag går tankerne, lytter til de lyde, dine celler giver, måske fortæller en læge, før der opstår symptomer, hvad enten du er sund eller er ved at være syg.
Relateret indhold
- Kan nanoteknologi redde liv?
Grundlæggeren af studiet af cellelyde eller "sonocytology", som han kalder det, er Jim Gimzewski, en 52 år gammel UCLA-kemiker, der har bidraget til et kunstmuseums udstilling om molekylær struktur. Idéen om cellelyde kom til ham i 2001, efter at en medicinsk forsker fortalte ham, at når levende hjerteceller placeres i en petriskål med passende næringsstoffer, vil cellerne fortsætte med at pulse. Gimzewski begyndte at undre sig over, om alle celler kunne slå, og i bekræftende fald ville sådanne små vibrationer give en detekterbar lyd. Når alt kommer til alt, begrundede han, lyd er kun resultatet af en kraft, der presser på molekyler, skaber en trykbølge, der spreder sig og registrerer, når den rammer trommehinden. Han begrundede også, at selv om en støj, der genereres af en celle, ikke kunne høres, kan den muligvis opdages af et særligt følsomt instrument.
Gimzewski er velegnet til at tackle spørgsmålet, idet han både er en ekspert på instrumentering - han har bygget sine egne mikroskoper - og komfortabelt derhjemme i det uendelige verden. Gimzewski, der var førende inden for nanoteknologi eller videnskaben til at manipulere individuelle atomer og molekyler til at bygge mikroskopiske maskiner, arbejdede tidligere på IBMs forskningslaboratorium i Zürich, Schweiz, hvor han og hans kolleger byggede en spinding-molekylær propell med 1, 5 nanometer eller 0, 0000015 mm i diameter. De byggede også verdens mindste abakus, der som perler havde individuelle molekyler med diameter mindre end et enkelt nanometer. Hvis intet andet, viste feats, der fik en anerkendelse, at nanoteknologiens meget hypede løfte havde et grundlag i virkeligheden.
I sin første indsats i sonocytologi opnåede Gimzewski gærceller fra biokemikolleger ved UCLA. (Han "fik udseende", husker han, da han forklarede, hvorfor han ville have cellerne.) Arbejdende med kandidatstuderende Andrew Pelling, udtænkte Gimzewski en måde at teste for cellestøj med et nanoteknologisk værktøj kaldet et atomkraftmikroskop (AFM). Normalt skaber en AFM et visuelt billede af en celle ved at passere sin meget lille sonde, som selv er så lille, dens spids er mikroskopisk, over celleoverfladen, og måler hvert stød og hul i dens ydre membran. En computer konverterer dataene til et billede. Men UCLA-forskerne holdt AFMs lille sonde i en fast position og hvilede den let på overfladen af en cellemembran "som en pladnål", siger Pelling, for at detektere alle lydgenererende vibrationer.
Parret fandt, at cellevæggen stiger og falder tre nanometer (ca. 15 carbonatomer stablet oven på hinanden) og vibrerer i gennemsnit 1.000 gange i sekundet. Afstanden, som cellevæggen bevæger sig, bestemmer lydbølgens amplitude eller volumen, og hastigheden på op-og-ned-bevægelsen er dens frekvens eller tonehøjde. Selvom lyden af gærcellelyden var alt for lav til at blive hørt, siger Gimzewski, at dens frekvens teoretisk var inden for området for menneskelig hørelse. ”Så alt, hvad vi gør, er at skrue op for lydstyrken, ” tilføjer han.
Gimzewski (holder en model af et kulstofmolekyle i sit UCLA-laboratorium) bruger et atomkraftmikroskop for at "lytte" til levende celler. (Debra DiPaolo) Hyppigheden af de gærceller, som forskerne testede, har altid været i det samme høje interval, "omkring en C-skarp til D over midten C med hensyn til musik, " siger Pelling. At sprænge alkohol på en gærcelle for at dræbe den hæver banen, mens døde celler afgiver en lav, rumlende lyd, som Gimzewski siger, er sandsynligvis resultatet af tilfældige atombevægelser. Parret fandt også, at gærceller med genetiske mutationer giver en lidt anden lyd end normale gærceller; denne indsigt har stimuleret håbet om, at teknikken til sidst kan anvendes til diagnosticering af sygdomme som kræft, som menes at stamme fra ændringer i den genetiske sammensætning af celler. Forskerne er begyndt at teste forskellige slags pattedyrceller, inklusive knogler, som har en lavere tonehøjde end gærceller. Forskerne ved ikke hvorfor.
Få forskere er opmærksomme på Gimzewskis og Pellings sonocytologi-arbejde, som ikke er blevet offentliggjort i den videnskabelige litteratur og undersøgt. (Forskerne har forelagt deres konklusioner til et fagfællebedømt tidsskrift til offentliggørelse.) Ordsprog har ført til både skepsis og beundring. En videnskabsmand, der er bekendt med forskningen, Hermann Gaub, formand for anvendt fysik ved LudwigMaximilian-universitetet i München, Tyskland, siger, at lydene, som Gimzewski mener er cellulære vibrationer, kan have andre oprindelser. "Hvis kilden til denne vibration findes i cellen, ville dette være revolutionerende, spektakulært og utroligt vigtigt, " siger Gaub. "Der er dog mange potentielle [lyd] kilder uden for cellen, der skal udelukkes." Pelling er enig og siger, at han og Gimzewski udfører tests for at udelukke muligheden for, at andre molekyler i væsken, der bader cellerne, eller endda spidsen af selve mikroskopet, genererer vibrationer, som deres sonde samler op.
Ratnesh Lal, en neurovidenskabsmand og biofysiker ved University of California i Santa Barbara, der har undersøgt pulseringerne af hjerteceller, der holdes i live i en skål, siger, at Gimzewskis ekspertise inden for nanoteknologi kan være nøglen til at afgøre, om celler producerer lyd. "Det ultimative håb er at bruge dette til diagnosticering og forebyggelse, " siger Lal og tilføjer: "Hvis der er nogen i verden, der kan gøre det, kan han."
Gimzewski anerkender, at der skal gøres mere arbejde. I mellemtiden har fundene fanget opmærksomheden fra hans UCLA-kollega Michael Teitell, en patolog, der har specialiseret sig i kræft i lymfocytten, en type hvide blodlegemer. Han udsætter menneskelige og musmuskelceller og knogleceller for medicin og kemikalier for at inducere genetiske og fysiske ændringer; Gimzewski vil derefter forsøge at "lytte" til de ændrede celler og skelne dem ved deres lyde.
Teitell siger, at tanken om at opdage kræft på de tidligste cellulære stadier er spændende, men hvorvidt teknologien vil fungere som et diagnostisk værktøj er endnu ikke synlig (eller hørt). Han ønsker ikke at overselge ideen: "Det kunne vise sig, at alle disse signaler vil være sådan en uheld, at vi ikke vil være i stand til klart at identificere den ene fra den anden."
Gimzewski håber, at værket vil have en praktisk anvendelse, men han er begejstret lige så meget af jakten som fangsten. "Uanset hvad resultatet er, " siger han, "er jeg primært drevet af nysgerrighed og spænding over fænomenet med cellulær bevægelse - hvad inspirerede naturen til at skabe en sådan mekanisme og virkelig forstå dybt, hvad disse smukke lyde betyder." Den blotte mulighed for, at han har opdaget et nyt kendetegn ved celler, med alle de spændende spørgsmål, der rejser sig, er, siger han, "allerede mere end nok af en gave."
