[ad_1]
Peneliti USC Viterbi membuat perangkat molekuler berukuran nano pertama yang berpotensi mampu merasakan dan mengubah medan listrik sel, mengantarkan kemungkinan baru untuk penelitian dasar.
Biolistrik, arus yang mengalir di antara sel-sel kita, sangat penting bagi kemampuan kita untuk berpikir, berbicara, dan berjalan.
Selain itu, ada semakin banyak bukti bahwa merekam dan mengubah medan bioelektrik sel dan jaringan memainkan peran penting dalam penyembuhan luka dan bahkan berpotensi melawan penyakit seperti kanker dan penyakit jantung.
Sekarang, untuk pertama kalinya, para peneliti di Sekolah Teknik USC Viterbi telah menciptakan perangkat molekuler yang dapat melakukan keduanya: merekam dan memanipulasi medan bioelektrik di sekitarnya.
Gambar konseptual perangkat molekuler baru. Untuk eksperimen di luar tubuh manusia (in vitro), perangkat akan bersarang di membran sel: molekul “reporter” akan mendeteksi medan listrik lokal saat diaktifkan oleh lampu merah; molekul “pengubah” yang terpasang akan mengubah medan listrik itu ketika diaktifkan oleh cahaya biru. Ilustrasi oleh Katya Kadyshevskaya / USC
Perangkat berbentuk segitiga terbuat dari dua molekul kecil yang terhubung — jauh lebih kecil dari virus dan mirip dengan diameter untai DNA.
Ini adalah bahan yang sama sekali baru untuk “membaca dan menulis” medan listrik tanpa merusak sel dan jaringan di sekitarnya. Masing-masing dari dua molekul, dihubungkan oleh rantai pendek atom karbon, memiliki fungsi tersendiri: satu molekul bertindak sebagai “sensor” atau detektor yang mengukur medan listrik lokal ketika dipicu oleh lampu merah; molekul kedua, “pengubah,” menghasilkan elektron tambahan ketika terkena cahaya biru. Khususnya, setiap fungsi dikontrol secara independen oleh panjang gelombang cahaya yang berbeda.
Meskipun tidak dimaksudkan untuk digunakan pada manusia, perangkat organik akan duduk sebagian di dalam dan di luar membran sel untuk percobaan in vitro.
Karya tersebut, yang diterbitkan dalam Journal of Materials Chemistry C, dipelopori oleh profesor USC Viterbi Andrea Armani dan Rehan Kapadia. Penulis utama termasuk Yingmu Zhang, seorang peneliti postdoctoral di Departemen Teknik Kimia dan Ilmu Material Mork; dan Jinghan He, seorang Ph.D. kandidat di Departemen Kimia USC. Rekan penulis termasuk Patrick Saris, peneliti postdoctoral USC Viterbi; dan Hyun Uk Chae dan Subrata Das, Ph.D. calon di Departemen Teknik Elektro dan Komputer Ming Hsieh. Lab Armani bertanggung jawab untuk menciptakan molekul organik baru, sedangkan Lab Kapadia memainkan peran kunci dalam menguji seberapa efisien “pengubah” menghasilkan listrik ketika diaktifkan oleh cahaya.
Karena molekul reporter dapat dimasukkan ke dalam jaringan, ia memiliki kemungkinan untuk mengukur medan listrik secara non-invasif, memberikan pencitraan jaringan saraf ultra-cepat, 3-D, resolusi tinggi. Ini dapat memainkan peran penting bagi peneliti lain yang menguji efek obat baru, atau perubahan kondisi seperti tekanan dan oksigen. Tidak seperti banyak alat sebelumnya, itu akan melakukannya tanpa merusak sel atau jaringan sehat atau memerlukan manipulasi genetik dari sistem.
“Agen pencitraan multi-fungsi ini sudah kompatibel dengan mikroskop yang ada,” kata Armani, Ketua Ray Irani di Teknik Kimia dan Ilmu Material, “sehingga akan memungkinkan berbagai peneliti — dari biologi hingga ilmu saraf hingga fisiologi — untuk bertanya yang baru jenis pertanyaan tentang sistem biologis dan tanggapan mereka terhadap rangsangan yang berbeda: obat-obatan dan faktor lingkungan. Perbatasan baru tidak ada habisnya.”
Selain itu, molekul pengubah, dengan mengubah medan listrik sel di dekatnya, dapat secara tepat merusak satu titik, memungkinkan peneliti masa depan untuk menentukan efek cascading di seluruh, katakanlah, seluruh jaringan sel otak atau sel jantung.
“Jika Anda memiliki jaringan nirkabel di rumah, apa yang terjadi jika salah satu node tersebut menjadi tidak stabil?” kata Armani. “Bagaimana hal itu memengaruhi semua simpul lain di rumah Anda? Apakah mereka masih bekerja? Begitu kita memahami sistem biologis seperti tubuh manusia, kita dapat memprediksi responsnya dengan lebih baik – atau mengubah responsnya, seperti membuat obat yang lebih baik untuk mencegah perilaku yang tidak diinginkan.”
“Kuncinya,” kata Kapadia, Ketua Karir Awal Colleen dan Roberto Padovani di Teknik Elektro dan Komputer, “adalah kita dapat menggunakan ini untuk menginterogasi sekaligus memanipulasi. Dan kami dapat melakukan kedua hal tersebut pada resolusi yang sangat tinggi – baik secara spasial maupun temporal.”
Kunci perangkat organik baru adalah kemampuan untuk menghilangkan “crosstalk.” Bagaimana caranya agar dua molekul yang sangat berbeda ini bergabung bersama dan tidak saling mengganggu seperti dua sinyal radio yang diacak? Pada awalnya, catat Armani, “tidak sepenuhnya jelas bahwa itu akan menjadi mungkin.” Solusinya? Pisahkan keduanya dengan rantai alkil yang panjang, yang tidak mempengaruhi kemampuan fotofisika masing-masing.
Langkah selanjutnya untuk molekul baru multi-fungsi ini termasuk pengujian pada neuron dan bahkan bakteri. ilmuwan USC Moh El-Naggar, seorang kolaborator, sebelumnya telah menunjukkan kemampuan komunitas mikroba untuk mentransfer elektron antar sel dan melintasi jarak yang relatif jauh — dengan implikasi besar untuk memanen biofuel.
Sumber: USC
[ad_2]
