Kanak-kanak, pemotong rumput, pesawat, kereta api, kereta-hampir segalanya membuat bunyi. Dan jika dua saintis California betul, begitu juga dengan sel hidup. Dalam eksperimen baru-baru ini yang menggunakan saintifik nanoteknologi, para penyelidik telah menemui bukti bahawa sel yis mengeluarkan sejenis squeal sementara sel mamalia boleh menyerang yang lain. Penyelidikan ini, walaupun masih awal, berpotensi sebagai "revolusioner, " seperti yang dikatakan oleh seorang saintis, dan mungkin, aplikasi perubatan yang mungkin dihidupkan, sudah diusahakan: suatu hari nanti, pemikiran berlaku, mendengar bunyi-bunyi sel yang anda ketahui seorang doktor, sebelum gejala berlaku, sama ada anda sihat atau sakit.
Kandungan Terkait
- Bolehkah Nanoteknologi Simpan Kehidupan?
Pengasas kajian bunyi sel, atau "sonocytology, " sebagaimana yang dipanggilnya, ialah Jim Gimzewski, seorang ahli kimia UCLA berusia 52 tahun yang telah menyumbang kepada pameran muzium seni mengenai struktur molekul. Idea bunyi sel datang kepadanya pada tahun 2001 selepas seorang penyelidik perubatan memberitahunya bahawa apabila sel jantung hidup diletakkan dalam hidangan petri dengan nutrien yang sesuai, sel akan terus berdenyut. Gimzewski mula tertanya-tanya sama ada semua sel boleh mengalahkan, dan jika demikian, akan getaran kecil itu menghasilkan bunyi yang dapat dikesan. Lagipun, dia menilai, bunyi hanyalah hasil daripada daya yang mendorong pada molekul, mewujudkan gelombang tekanan yang merebak dan mendaftarkan apabila ia menyerang gendang telinga. Beliau juga mengatakan bahawa walaupun bunyi bising yang dihasilkan oleh sel tidak akan didengar, ia mungkin dapat dikesan oleh instrumen yang sangat sensitif.
Gimzewski sangat sesuai untuk menangani soalan itu, sama ada pakar dalam alat ukur-dia telah membina mikroskopnya sendiri-dan selesa di rumah di dunia yang sangat kecil. Seorang pemimpin dalam nanoteknologi, atau sains memanipulasi atom dan molekul individu untuk membina mesin mikroskopik, Gimzewski sebelum ini bekerja di makmal penyelidikan IBM di Zurich, Switzerland, di mana dia dan rakannya membina molekul molekul berputar 1.5 nanometer, atau 0.0000015 milimeter dalam diameter. Mereka juga membina abacus terkecil di dunia, yang, sebagai manik, molekul individu dengan diameter kurang daripada satu nanometer. Jika tidak ada yang lain, kebanggaan, yang mendapat sambutan yang menggalakkan, memperlihatkan bahawa janji nanomeknologi yang sangat dipuji mempunyai asas dalam realiti.
Untuk perjumpaan pertamanya ke sonocytology, Gimzewski memperoleh sel-sel yis dari rakan-rakan biokimia di UCLA. Bekerja dengan pelajar siswazah Andrew Pelling, Gimzewski mencipta satu cara untuk menguji bunyi selular dengan alat nanoteknologi yang dipanggil mikroskop berkuatkuasa atom (AFM). Biasanya, AFM mencipta imej visual sel dengan melepaskan penyelidikannya yang sangat kecil, yang begitu tipisnya adalah mikroskopik, di atas permukaan sel, mengukur setiap benjolan dan membran membran luarnya. Komputer menukar data ke dalam gambar. Tetapi para penyelidik UCLA mengadakan siasatan kecil AFM dalam kedudukan tetap, meletakkannya ringan pada permukaan membran sel "seperti jarum rekod, " kata Pelling, untuk mengesan sebarang getaran yang menghasilkan bunyi.
Pasangan ini mendapati bahawa dinding sel naik dan turun tiga nanometer (kira-kira 15 atom karbon yang disusun di atas satu sama lain) dan bergetar purata 1, 000 kali sesaat. Jarak bergerak dinding sel menentukan amplitud, atau kelantangan, gelombang bunyi, dan kelajuan pergerakan naik dan turun adalah frekuensi, atau padang. Walaupun jumlah bunyi sel yis terlalu rendah untuk didengar, Gimzewski mengatakan frekuensinya secara teoritis dalam jangkauan pendengaran manusia. "Jadi, semua yang kami lakukan ialah menaikkan jumlah, " tambahnya.
Gimzewski (memegang model molekul karbon di dalam makmal UCLA) menggunakan mikroskop berkuasa atom untuk "mendengar" pada sel-sel hidup. (Debra DiPaolo) Kekerapan sel-sel yis yang diuji selidik sentiasa berada dalam julat yang sama, "kira-kira C-tajam ke D di atas tengah C dari segi muzik, " kata Pelling. Menyalin alkohol pada sel yis untuk membunuhnya menimbulkan padang, sementara sel-sel mati melepaskan bunyi yang rendah dan bergegas yang dikatakan Gimzewski mungkin disebabkan oleh gerakan atom rawak. Pasangan ini juga mendapati bahawa sel-sel yis dengan mutasi genetik membuat bunyi yang sedikit berbeza daripada sel yis biasa; wawasan itu telah menggalakkan harapan bahawa teknik itu akhirnya akan digunakan untuk mendiagnosis penyakit seperti kanser, yang dipercayai berasal dari perubahan dalam solek genetik sel. Para penyelidik telah mula menguji pelbagai jenis sel mamalia, termasuk sel-sel tulang, yang mempunyai padang rendah daripada sel-sel ragi. Para penyelidik tidak tahu mengapa.
Beberapa ahli sains sedar karya Gimzewski dan Sonocytology Pelling, yang belum diterbitkan dalam kesusasteraan saintifik dan diteliti. (Para penyelidik telah mengemukakan penemuan mereka kepada jurnal yang dikaji semula untuk penerbitan.) Kata-kata mulut telah mendorong keraguan serta kekaguman. Seorang saintis yang biasa dengan penyelidikannya, Hermann Gaub, ketua fizik terpakai di LudwigMaximilianUniversity di Munich, Jerman, mengatakan bahawa bunyi Gimzewski percaya bahawa getaran selular mungkin mempunyai asal-usul lain. "Jika sumber getaran ini akan dijumpai di dalam sel, ini akan menjadi revolusioner, hebat, dan luar biasa penting, " kata Gaub. "Namun, terdapat banyak sumber [sumber] yang berpotensi di luar sel yang perlu dikecualikan." Pelling setuju, dan mengatakan bahawa dia dan Gimzewski sedang melakukan ujian untuk menolak kemungkinan bahawa molekul lain dalam bendalir mandi sel, atau bahkan hujung mikroskop itu sendiri, menghasilkan getaran yang probe mereka meningkat.
Ratnesh Lal, ahli ilmu saraf dan biophysicist di University of California di Santa Barbara yang telah mempelajari sel-sel jantung berdarah di dalam hidangan, mengatakan bahawa kepakaran nanotechnology Gimzewski mungkin menjadi kunci untuk menentukan sama ada sel menghasilkan bunyi. "Harapan utama adalah untuk menggunakannya dalam diagnostik dan pencegahan, " kata Lal, sambil menambah: "Jika ada orang di dunia yang dapat melakukannya, dia boleh."
Gimzewski mengakui lebih banyak kerja perlu dilakukan. Sementara itu, penemuan telah menarik perhatian rakan sekerja UCLAnya Michael Teitell, ahli patologi yang pakar dalam kanser limfosit, sejenis sel darah putih. Dia menundukkan sel otot manusia dan tikus dan sel tulang ke dadah dan bahan kimia untuk mendorong perubahan genetik dan fizikal; Gimzewski akan cuba "mendengar" sel-sel yang diubah dan membezakannya dengan bunyi mereka.
Teitell berkata, pemikiran mengesan kanser pada peringkat selular paling awal adalah menarik, tetapi sama ada teknologi itu akan berfungsi sebagai alat diagnostik yang masih harus dilihat (atau didengar). Dia tidak mahu membuang idea itu: "Ia boleh berubah bahawa semua isyarat ini menjadi mishmash yang kita tidak akan dapat mengenal pasti satu dengan yang lain dengan jelas."
Gimzewski berharap kerja itu akan mempunyai aplikasi praktikal, tetapi dia sangat gembira dengan memburu sebagai tangkapan. "Apa pun hasilnya, " katanya, "Saya terutama didorong oleh rasa ingin tahu dan kegembiraan pada fenomena pergerakan selular-apa sifat yang diilhamkan untuk mewujudkan mekanisme sedemikian dan untuk benar-benar memahami dengan mendalam apa bunyi-bunyi yang indah ini." Kemungkinan semata bahawa dia telah menemui ciri-ciri baru sel-sel, dengan semua soalan-soalan menarik yang menimbulkan, katanya, "sudah lebih dari cukup hadiah."
