Theo dõi các tế bào sinh học bằng cách sử dụng các thiết bị nano

Lần đầu tiên, các nhà khoa học đã giới thiệu các thiết bị theo dõi cực nhỏ trực tiếp vào bên trong tế bào động vật có vú, đưa ra một cái nhìn chưa từng thấy vào các quá trình chi phối sự khởi đầu của sự phát triển. Công việc này thực hiện trên phôi một tế bào được thiết lập để thay đổi cách nhìn của chúng ta về các cơ chế hành vi của tế bào nói chung và cho chúng ta biết thực hư trong quá trình lão hóa và bệnh tật.

Nghiên cứu dẫn đầu bởi Giáo sư Tony Perry từ Khoa Sinh học và Hóa sinh tại Đại học Bath, liên quan đến việc tiêm một thiết bị nano cùng với tinh trùng vào tế bào trứng của chuột. Kết quả là một quả trứng được thụ tinh, khỏe mạnh có chứa một thiết bị theo dõi.

Các thiết bị nhỏ bé trông giống như những con nhện, hoàn chỉnh với tám 'chân' rất linh hoạt. Chân đo các lực 'kéo và đẩy' tác động vào bên trong tế bào với độ chính xác rất cao, từ đó tiết lộ các lực tế bào đang chuyển động và cho thấy vật chất nội bào tự sắp xếp lại theo thời gian.

Các thiết bị nano mỏng đến mức khó tin - tương tự như một số thành phần cấu trúc của tế bào và có kích thước 22 nanomet, khiến chúng mỏng hơn khoảng 100.000 lần so với đồng xu pound. Điều này có nghĩa là họ có thể điều khiển linh hoạt chuyển động của tế bào chất trong tế bào khi phôi một bắt đầu hành trình hướng tới việc trở thành phôi hai tế bào.

"Đây là cái nhìn đầu tiên về vật lý của bất kỳ tế bào nào ở quy mô này từ bên trong", giáo sư Perry nói. "Đây là lần đầu tiên chúng ta nhìn thấy từ bên trong cách vật liệu tế bào di chuyển xung quanh và tự tổ chức."

Tại sao phải thăm dò hành vi cơ học trong tế bào?

Hoạt động trong một tế bào xác định cách thức hoạt động của tế bào đó, giáo sư Perry giải thích. "Hành vi của vật chất nội bào có thể có ảnh hưởng đến hành vi của tế bào như biểu hiện gen", ông nói. Tuy nhiên, cho đến nay, những chuyển động phức tạp này của vật liệu di động vẫn không được đề cao. Kết quả là, các nhà khoa học đã có thể xác định các yếu tố tạo nên một tế bào, nhưng không phải là cách thức bên trong tế bào nói chung.

Giáo sư Perry nói: "Từ các nghiên cứu về sinh học và phôi học, chúng tôi biết về một số phân tử và hiện tượng tế bào nhất định và chúng tôi đã đưa thông tin này vào một câu chuyện rút gọn về cách mọi thứ hoạt động, nhưng bây giờ câu chuyện này đang thay đổi". Bài tường thuật được viết chủ yếu bởi các nhà sinh học, những người mang theo những câu hỏi và công cụ sinh học. Điều còn thiếu là vật lý. Vật lý muốn chứng minh về các lực điều khiển hành vi của tế bào và cung cấp cách tiếp cận từ trên xuống để tìm câu trả lời.

"Bây giờ chúng ta có thể nhìn vào tế bào một cách tổng thể, không chỉ các loại hạt tạo ra nó."

Phôi chuột được chọn để nghiên cứu vì kích thước tương đối lớn của chúng (chúng có kích thước 100 micromet đường kính, so với một tế bào thông thường chỉ có 10 micromet đường kính). Điều này có nghĩa là bên trong mỗi phôi, có không gian cho một thiết bị theo dõi.

Các nhà nghiên cứu đã thực hiện các phép đo của họ bằng cách kiểm tra các bản ghi video được chụp qua kính hiển vi khi phôi phát triển. Giáo sư Perry nói: "Đôi khi các thiết bị được ném và vặn bởi các lực thậm chí còn lớn hơn các thiết bị bên trong các tế bào cơ bắp". "Vào những thời điểm khác, các thiết bị di chuyển rất ít, cho thấy bên trong tế bào đã trở nên tĩnh. Không có gì ngẫu nhiên về các quá trình này - kể từ thời điểm bạn có phôi một tế bào, mọi thứ đều được thực hiện theo cách có thể dự đoán được."

Các kết quả đã thêm vào một bức tranh sinh học mới nổi cho thấy vật chất bên trong một tế bào sống không phải là tĩnh mà thay vào đó thay đổi các thuộc tính theo cách được quy định trước khi tế bào thực hiện chức năng của nó hoặc phản ứng với môi trường. Công việc này một ngày nào đó có thể sẽ có ý nghĩa đối với sự hiểu biết của chúng ta về cách các tế bào già đi hoặc ngừng hoạt động, đó chính là những gì xảy ra trong bệnh tật.

Hoàng Nam dịch

Theo Laboratory News