Οι μικροσκοπικές αμοιβάδες κινούνται πιο γρήγορα όταν μεταφέρουν φορτίο παρά χωρίς
August 1, 2022Τα μικρόβια που στρατολογούνται για να μεταφέρουν μικροσκοπικά φορτία ταξιδεύουν πιο γρήγορα με το φορτίο συνδεδεμένο παρά μόνα τους.
Αυτό είναι το εκπληκτικό εύρημα μιας μελέτης για τη φέρουσα ικανότητα των μονοκύτταρων αμοιβάδων. Τα μικρόβια χρησιμεύουν ως πρωτότυπα μικροσκοπικών «φορτηγών» για την παροχή φαρμάκων για την ακριβή στόχευση ασθενειών μέσα στο ανθρώπινο σώμα ή κινούμενο υλικό για μικροσκοπικά κατασκευαστικά έργα (SN: 30/9/20).
Οι ερευνητές εξέτασαν την ικανότητα φορτίου της αμοιβάδας Dictyostelium discoideum με μπάλες στυρενίου που κυμαίνονται σε μέγεθος από 10 μικρά, περίπου όσο ένα ερυθρό αιμοσφαίριο, έως και 90 μικρά. Οι μπάλες κόλλησαν αυθόρμητα στο πίσω μέρος των μικροβίων, τα οποία έχουν διάμετρο μόνο περίπου 10 μικρά.
Από μόνες τους, οι αμοιβάδες ελίσσονται. Με μια μικρή μπάλα στυρενίου κολλημένη πάνω τους, κινούνται πιο γρήγορααναφέρουν οι ερευνητές σε μια μελέτη που θα εμφανιστεί Εφαρμόστηκε η φυσική αναθεώρηση. Η ομάδα δεν μπορεί να πει με ακρίβεια ποια είναι η βέλτιστη ικανότητα μεταφοράς των αμοιβάδων, αλλά πέτυχαν τις υψηλότερες ταχύτητες με φορτίο μεταξύ 30 και 60 microns σε διάμετρο – ένα εντυπωσιακό φορτίο για τα μικροσκοπικά μικρόβια.
«Για εμάς αυτό ήταν εκπληκτικό», λέει ο βιοφυσικός Carsten Beta από το Πανεπιστήμιο του Πότσνταμ στη Γερμανία. Η διαίσθηση των ερευνητών ήταν ότι τα μικρόβια θα κινούνταν πιο αργά με το φορτίο παρά χωρίς, «και ότι η αποτελεσματικότητά τους θα [continuously] μειώνεται με την αύξηση του μεγέθους του φορτίου», λέει.
Ο Beta και η ομάδα του ανακάλυψαν επίσης ότι τα μικρόβια μετακινούσαν τις μπάλες κατά ριπάς που αυξάνονταν σε μήκος για ολοένα και μεγαλύτερες μπάλες. Αλλά όσο μεγαλύτερη ήταν η μπάλα, τόσο λιγότερο συχνά οι αμοιβάδες την μετακινούσαν καθόλου. Αυτός ο συνδυασμός εφέ διασφαλίζει ότι υπάρχει ένα γλυκό σημείο που θα είναι το καλύτερο για τα κυψελωτά φορτηγά, όπως τα αποκαλεί η Beta, με σχετικά μεγάλα βήματα που γίνονται αρκετά συχνά για να επιταχύνουν τα φορτηγά στο δρόμο τους προς την απόρριψη φαρμάκων ή μικροσκοπικών δομικών υλικών.
«Στο τέλος, αυτό δεν θα γίνει με Δικτυοστέλιο κύτταρα αλλά με αμοιβοειδή κύτταρα που υπάρχουν εγγενώς στο ανθρώπινο σώμα», όπως τα λευκά αιμοσφαίρια, λέει η Beta. Εν τω μεταξύ, οι αμοιβάδες κάνουν εύχρηστα εργαστηριακά ανάλογα.
«Αυτά τα αποτελέσματα είναι διορατικά», λέει η μηχανολόγος μηχανικός της Virginia Tech, Bahareh Behkam, η οποία μελετά τα μικρορομπότ που βασίζονται σε κύτταρα, αλλά δεν ήταν μέρος της μελέτης. „Θα ήταν ενδιαφέρον να δούμε πώς μπορεί να αλλάξουν εάν αλλάξουν οι ιδιότητες των σωματιδίων.“
Αυτό ελπίζει η Beta να κάνει στη συνέχεια διερευνώντας πώς τα μικρόβια φέρουν σχήματα διαφορετικά από σφαίρες. Σχεδιάζει επίσης να κατευθύνει τις κινήσεις των αμοιβάδων, ίσως δελεάζοντάς τις με χημικά ίχνη, αντί να τις αφήσει να περιπλανηθούν τυχαία. Και τα δύο ζητήματα θα είναι σημαντικά για να διασφαλίσουμε ότι το χρήσιμο φορτίο καταλήγει στα σωστά μέρη.
«Τα βιοϋβριδικά συστήματα, όπως αυτό που περιγράφεται σε αυτή την εργασία… θα είναι ασφαλή, έξυπνα και μπορούν να λειτουργήσουν ως κυτταροχειρουργοί που έχουν πρόσβαση στις απρόσιτες περιοχές του ανθρώπινου σώματος με ασφάλεια και διευκολύνοντας τη στοχευμένη θεραπεία», λέει ο Behkam.
