Djeca, kosilice, avioni, vozovi, automobili - gotovo sve stvara buku. A ako su dva kalifornijska znanstvenika u pravu, tako isto rade i žive stanice. U nedavnim eksperimentima koristeći graničnu znanost o nanotehnologiji, istraživači su otkrili dokaze da stanice kvasca odaju jednu vrstu škljocanja, dok stanice sisavaca mogu odavati drugu. Istraživanje je, iako još uvijek preliminarno, potencijalno „revolucionarno“, kako tvrdi jedan znanstvenik, i moguća, doista daleka medicinska primjena, već se nastoji: jednog dana razmišljanje ide, slušajući zvukove koje vaše stanice stvaraju liječniku, prije nego što se pojave simptomi, bilo da ste zdravi ili ćete uskoro biti bolesni.
Povezani sadržaj
- Može li nanotehnologija spasiti živote?
Osnivač proučavanja ćelijskih zvukova, odnosno "sonocitologije", kako ga naziva, je Jim Gimzewski, 52-godišnji kemičar UCLA koji je pridonio izložbi umjetničkog muzeja o molekularnoj strukturi. Ideja zvuči o stanici došla mu je 2001. godine nakon što mu je medicinski istraživač rekao da će se, kad se žive srčane stanice stave u petrijevu posudu s odgovarajućim hranjivim tvarima, stanice nastaviti pulsirati. Gimzewski se počeo pitati mogu li sve stanice pobijediti, i ako jesu, bi li takve sitne vibracije proizvele zvuk koji se može detektirati. Napokon, zaključio je, zvuk je samo rezultat sile koja vrši pritisak na molekule, stvarajući valni pritisak koji se širi i registrira kad udari u bubnjić. Također je obrazložio da, iako buka koju stvara stanica neće biti zvučna, može je otkriti posebno osjetljiv instrument.
Gimzewski je vrlo pogodan za rješavanje pitanja, jer je i stručnjak za instrumentaciju - izgradio je vlastite mikroskope - i udobno je kod kuće u svijetu beskonačnih. Predvodnik u nanotehnologiji, ili znanost manipuliranja pojedinačnih atoma i molekula za izgradnju mikroskopskih strojeva, Gimzewski je prethodno radio u IBM-ovom istraživačkom laboratoriju u Zurichu u Švicarskoj, gdje je zajedno sa svojim kolegama izgradio centrifugalni propeler veličine 1, 5 nanometra, odnosno 0, 0000015 milimetara u promjeru. Izgradili su i najmanji abakus na svijetu koji je imao, kao zrnce, pojedinačne molekule promjera manje od jednog nanometra. Ako ništa drugo, podvizi, koji su odavali veliko priznanje, pokazali su da veliko naglo obećanje o nanotehnologiji ima osnovu u stvarnosti.
Za svoj prvi korak u sonocitologiji, Gimzewski je pribavio stanice kvasca od kolega iz biokemije na UCLA. ("Izgledao je", sjeća se, kad je objasnio zašto želi stanice.) Radeći sa diplomcem Andrewa Pellinga, Gimzewski je osmislio način za testiranje staničnog buke pomoću nanotehnološkog alata nazvanog atomski sila mikroskop (AFM). Obično, AFM stvara vizualnu sliku stanice prolazeći njenom vrlo sićušnom sondom, koja je toliko mala da joj je vrh mikroskopski iznad površine ćelije, mjeri svaki pupak i šupljinu njegove vanjske membrane. Računalo pretvara podatke u sliku. No, istraživači UCLA-e držali su AFM sićušnu sondu u fiksnom položaju, lagano je odmarajući na površini stanične membrane "poput rekordne igle", kaže Pelling, kako bi otkrili sve vibracije koje stvaraju zvuk.
Par je otkrio da se stanična stijenka diže i pada tri nanometara (oko 15 atoma ugljika naslaganih jedan na drugi) i vibrira u prosjeku 1000 puta u sekundi. Udaljenost stanične stijenke određuje amplitudu ili glasnoću zvučnog vala, a brzina kretanja prema gore i dolje njegova je frekvencija ili nagib. Iako je glasnoća zvuka ćelije kvasca bila preniska da bi se mogla čuti, Gimzewski kaže da je njegova frekvencija teorijski bila u granicama ljudskog sluha. "Dakle, sve što radimo je povećavanje glasnoće", dodaje.
Gimzewski (koji drži model molekule ugljika u svom UCLA laboratoriju) koristi mikroskop atomske sile da "sluša" žive stanice. (Debra DiPaolo) Učestalost kvasnih stanica koje su istraživali ispitivači uvijek je bila u istom visokom rasponu, "otprilike C oštar do D iznad srednjeg C u smislu glazbe", kaže Pelling. Prskanje alkohola po ćeliji kvasca za njegovo ubijanje podiže smjer, dok mrtve stanice ispuštaju slab, tutnjav zvuk za koji Gimzewski kaže da je vjerojatno rezultat slučajnih atomskih pokreta. Par je također otkrio da stanice kvasca s genetskim mutacijama stvaraju malo drugačiji zvuk od normalnih stanica kvasca; taj je uvid ohrabrio nadu da će se tehnika s vremenom primijeniti u dijagnosticiranju bolesti poput raka, za koji se vjeruje da potječe s promjenama u genetskom sastavu stanica. Istraživači su počeli testirati različite vrste sisavaca, uključujući koštane stanice koje imaju niži tonalitet od stanica kvasca. Istraživači ne znaju zašto.
Malo je znanstvenika svjesno Gimzewskog i Pellingovog sonocitološkog rada, koji nije objavljen u znanstvenoj literaturi i nije je pomno pregledan. (Istraživači su svoje nalaze predali u recenzirani časopis za objavljivanje.) Usmena riječ izazvala je skepticizam, kao i divljenje. Znanstvenik upoznat s istraživanjem, Hermann Gaub, stolica primijenjene fizike pri LudwigMaximilianUniversity u Münchenu u Njemačkoj, kaže da zvukovi za koje Gimzewski vjeruje da su stanične vibracije mogu imati drugo podrijetlo. "Kada bi se izvor ove vibracije pronašao unutar stanice, to bi bilo revolucionarno, spektakularno i nevjerojatno važno", kaže Gaub. "Međutim, postoji mnogo potencijalnih izvora zvuka izvan ćelije koje je potrebno isključiti." Pelling se slaže i kaže da on i Gimzewski rade testove kako bi isključili mogućnost da druge molekule u tekućini koja kupa stanice ili čak sam vrh mikroskopa stvaraju vibracije koje njihova sonda pokupi.
Ratnesh Lal, neuroznanstvenik i biofizičar sa Sveučilišta u Kaliforniji u Santa Barbari, koji je proučavao pulsacije srčanih stanica koje se zadržavaju u živom tanjuru, kaže da je Gimzewskijevo znanje o nanotehnologiji možda ključ za utvrđivanje da li stanice proizvode zvuk. "Krajnja nada je to upotrijebiti u dijagnostici i prevenciji", kaže Lal i dodaje: "Ako na svijetu postoji netko tko to može, može i on."
Gimzewski priznaje da se mora još raditi. U međuvremenu, nalazi su privukli pažnju kolege s UCLA Michaela Teitell-a, patologa specijaliziranog za karcinom limfocita, vrste bijelih krvnih stanica. Podvrgava ljudske i mišje mišićne stanice i koštane stanice lijekovima i kemikalijama da induciraju genetske i fizičke promjene; Gimzewski će tada pokušati "preslušati" izmijenjene ćelije i razlikovati ih po njihovim zvukovima.
Teitell kaže kako je misao o otkrivanju raka u njegovim najranijim staničnim fazama uzbudljiva, ali hoće li tehnologija funkcionirati kao dijagnostički alat tek treba vidjeti (ili čuti). Ne želi pretjerano prodavati ideju: "Moglo bi se ispostaviti da će svi ti signali biti takav mishmash da nećemo moći jasno identificirati jedan od drugog."
Gimzewski se nada da će posao imati praktičnu primjenu, ali njega je oduševio lov koliko i ulov. "Bez obzira na ishod", kaže on, "mene prvenstveno pokreće radoznalost i uzbuđenje zbog fenomena staničnog pokreta - što je nadahnulo prirodu da stvori takav mehanizam i da zaista dubinski shvati što znače ovi lijepi zvukovi." Sama mogućnost da je otkrio novo svojstvo stanica, sa svim intrigantnim pitanjima koja postavlja, je, kako kaže, "već više nego dovoljan dar."
