光活性分子机器得到细胞“说话”

的一个主要方法细胞彼此“交谈”协调肌肉收缩等重要生物活性激素释放,神经元活动,消化和免疫激活是通过钙信号。

莱斯大学科学家们利用光活性分子机器触发细胞间钙波信号,揭示一个强大的新战略控制细胞活动,根据一项新的研究发表在自然纳米技术。这项技术可能导致改进治疗患有心脏病、消化问题等等。

“绝大多数的药物开发,使用化学绑定力量驱动体内特定的信号级联,”雅各说贝克汉姆,化学研究生和作者的研究。“这是第一个证明,而不是化学力,你可以用机械力⎯诱导,在这种情况下,由单分子纳米⎯做同样的事情,在药物设计开辟了一个全新的一章。”

科学家利用small-molecule-based驱动器时,旋转刺激通过可见光诱导平滑肌细胞钙反应。

我们缺乏有意识控制的许多关键我们身体的肌肉:心脏是一种无意识的肌肉,还有我们静脉和动脉平滑肌组织衬里,控制血压和血液循环;平滑肌行我们的肺部和肠道和参与消化和呼吸。能够介入这些过程与分子水平机械刺激可以改变游戏规则。

“贝克汉姆已经表明,我们可以控制,例如,细胞的信号在心脏肌肉,这是很有趣的,”詹姆斯说,赖斯·t·t·w·f·曹教授的化学和材料科学和纳米工程教授。

“如果你刺激只是心中一个细胞,它将信号传播到邻近的细胞,这意味着你可以有针对性的,可调节的分子控制心脏功能和可能减轻心律失常,”之旅。

激活quarter-second-long光脉冲,分子机器允许科学家控制心脏肌细胞钙信号在细胞培养,导致细胞不活跃的火。

“分子基本上担任nano-defibrillators,这些心脏肌肉细胞开始跳动,”贝克汉姆说。

肌肉组织的控制细胞间通讯的能力可能是有用的治疗各种疾病的特点是钙功能障碍。

“很多人瘫痪有巨大的消化问题,”之旅。“这将是一个大问题如果你能缓解这些问题,导致那些相关肌肉火没有任何化学干预。”

相同的路程设备激活钙基细胞信号机制在一个活的有机体,导致淡水息肉,全身收缩或九头蛇寻常的。

“这是第一个例子的分子机器,用它来控制整个功能的有机体,“旅游说。

细胞反应不同的基于机械刺激的类型和强度:快速、单向旋转分子机器引起细胞间钙波信号,而速度和多向旋转不慢。

此外,调节光的强度使科学家控制细胞反应的强度。

“这是在分子尺度上的机械作用,“旅游说。“这些分子以每秒300万旋转旋转,因为我们可以调整持续时间和强度的光刺激,我们有精确的时空控制这非常普遍的细胞机制。”

参观实验室已经在先前的研究表明,光活性分子机器可以部署对传染性细菌产生抗药性,癌细胞和致病真菌。

“这项工作扩展了这些分子机器的功能在一个不同的方向,”贝克汉姆说。“我喜欢我们的实验室,我们无所畏惧的时候被创造性,追求项目雄心勃勃的新方向。”

“我们正在致力于开发机器激活光有更好的深度渗透真正实现本研究的潜力。我们也希望得到一个更好的理解个分子级生物过程的驱动。”

参考:贝克汉姆杰,范Venrooy AR,金正日年代,等。分子机器刺激细胞间钙波,引起肌肉收缩。Nat Nanotechnol。7月10日在线发表2023:1-9。doi:10.1038 / s41565 - 023 - 01436 - w

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