I vermi lunghi un millimetro che digeriscono un pasto a base di nanoparticelle dei loro batteri preferiti potrebbero alla fine portare a un nuovo modo di vedere le forze cellulari in gioco all'interno del nostro corpo, compresi processi come la guarigione delle ferite e la crescita del cancro.

La chiave è che queste particolari nanoparticelle si illuminano quando vengono colpite da un laser nel vicino infrarosso e cambiano colore a seconda della pressione intorno a loro. Così, possono fornire informazioni in tempo reale sulle forze che stanno subendo mentre sono ancora all'interno del worm.

"Le forze alterate a livello cellulare sono alla base di molti disturbi, comprese le malattie cardiache e il cancro, "ha detto Jennifer Dionne, professore associato di scienza e ingegneria dei materiali a Stanford e uno dei principali ricercatori per questa ricerca. "Questa sarebbe una lettura su scala nanometrica che potresti usare in vitro o in vivo per rilevare la malattia in una fase molto precoce".

Dionne ha collaborato con Miriam B. Goodman, professore di fisiologia molecolare e cellulare, attraverso una sovvenzione seme di Stanford Bio-X, che viene assegnato specificamente per incoraggiare tali partenariati interdisciplinari. Goodman studia la meccanica della sensazione tattile in Caenorhabditis elegans, i vermi che mangiano le nanoparticelle di Dionne.

Guardare i vermi digerire

Sebbene l'obiettivo finale del lavoro sia quello di rilevare la forza nelle cellule umane, il team sta testando il suo approccio in questi worm appena visibili perché, come negli umani, la digestione nei vermi comporta stridore e spintoni meccanici che possono fornire informazioni su come queste nanoparticelle registrano la forza cellulare.

"Il colore che ogni nanoparticella emette cambia dal rosso all'arancione quando c'è una forza meccanica dell'ordine da nanonewton a micronewton - una gamma di forze ritenuta molto rilevante per le forze intercellulari, " ha detto Alice Lay, uno studente laureato nel laboratorio Dionne che sta conducendo gli esperimenti.

Dopo aver studiato i vermi sani, il team introdurrà mutazioni nel mix per discernere il ruolo dell'espressione genica sulle forze cellulari. Queste mutazioni consentiranno al team di comprendere meglio i disturbi digestivi e correlati, compreso il reflusso acido e la formazione di ernia.

Dal cibo per i vermi alla salute umana

Potremmo non voler credere di avere molto in comune con i vermi che si nutrono di batteri, ma questa ricerca potrebbe influenzare il modo in cui studiamo e comprendiamo il tocco umano, digestione, cancro, guarigione delle ferite, divisione e differenziazione cellulare, e, probabile, molto di piu.

"Le forze meccaniche giocano un ruolo significativo nel determinare il destino e la funzione di una cellula o di un organo, "Dionne ha detto. "Per esempio, ogni volta che il nostro cuore batte, le nostre orecchie odono o una ferita guarisce, le forze cellulari sono coinvolte."

La dimensione ridotta delle nanoparticelle significa che hanno il potenziale per produrre mappe di forza ad altissima risoluzione, fornendo una finestra sul push and pull di e da parte delle cellule a livello profondamente subcellulare. un giorno, queste nanoparticelle biocompatibili potrebbero essere ingerite o iniettate in una persona in un'area specifica, come in un sito di ferita o sospetto tumore. Attraverso la lettura dei colori emessi dalle nanoparticelle, i laboratori potrebbero creare una mappa di forza che indica l'attività su larga scala delle cellule intorno a quell'area.

Aggiungendo alla precedente ricerca di Goodman su come i neuroni elaborano la sensazione del tatto, questa tecnica potrebbe anche migliorare la nostra comprensione delle forze coinvolte nella percezione del mondo che ci circonda. "Maggiori dettagli su come sperimentiamo il tocco potrebbero informare la traduzione del tocco in sistemi non biologici, come protesi, " ha detto Goodman.

Finora, Il laboratorio di Dionne ha realizzato le nanoparticelle, I vermi di Goodman hanno mangiato con successo lo spuntino ad alta tecnologia e i ricercatori hanno preso immagini statiche delle nanoparticelle all'interno dei vermi. Il prossimo passo è catturare l'emissione dinamica delle nanoparticelle nel tempo, che rivelerà i cambiamenti di forza che le particelle subiscono durante la digestione.