211service.com
Kvantmätning kan avslöja jonflöde genom cellmembran
Jonkanaler spelar en avgörande roll i hur alla levande celler fungerar. Kanalerna är proteiner inbäddade i cellmembranet som fungerar som porer och låter vissa typer av molekyler och joner passera samtidigt som de blockerar andra.
Följaktligen spelar de en viktig roll i många biologiska processer där snabba förändringar sker i celler, såsom hjärtfunktion, T-cellsaktivering och pankreatisk betacellsinsulinfrisättning.
Det är därför knappast förvånande att mycket arbete har ägnats åt att ta reda på hur jonkanaler fungerar. En teknik är att stoppa in en cell i spetsen av en spruta som innehåller jonen som undersöks. Lägg en spänning på cellen och strömmen är ett mått på jonflödet över cellmembranet. En annan teknik är att mäta flödet av joner över ett syntetiskt cellmembran som kallas ett svart lipidskikt.
Båda dessa tekniker har gett intressanta insikter men fråga en cellbiolog hur exakta de är, så kommer han eller hon att blanda sina fötter och stirra i marken.
Nu lovar en ny teknik att sätta alla andra i skuggan, säger Leonard Hall vid University of Melbourne i Australien och några kompisar. Idén bygger på hur snabbt elektronsnurr bryts samman i en kväveatom inuti en nanodiamant. Under de senaste åren har fysiker blivit enormt exalterade över dessa så kallade kvävevakanser eftersom de lätt kan kontrolleras med hjälp av mikrovågor eller ljus. De är också isolerade från sin miljö av kolmatrisen.
Hall och cos idé är att placera nanodiamandet på spetsen av ett atomkraftmikroskop och flytta det till en hårsmån från en jonkanal i ett cellmembran. Elektronspinn i kvävevakansen sätts sedan i ett speciellt tillstånd genom att zappa dem med en sekvens av mikrovågspulser.
När kanalen öppnas genererar jonflödet genom den ett litet magnetfält som interagerar med elektronernas spinn, vilket får dem att dekohera. Detta kan lätt övervakas genom att leta efter fluorescensen som produceras av kvävevakansen.
Tekniken ska kunna mäta jonflödet genom kanalen med mikrosekundsupplösning, säger gruppen. Den typen av noggrannhet är aldrig tidigare skådad. Och det fina med det är att nanodiamant inte berör eller stör kanalen som kan fungera i sin (mer eller mindre) naturliga miljö.
Cellbiologer borde vända tillbaka mot detta, men det är läkemedelsföretagen som verkligen gynnas. En stor del av läkemedlen riktar sig mot jonkanaler, så att veta exakt vilken effekt de har bör vara en viktig del av läkemedelsupptäcksprocessen. Den nya tekniken skulle kunna göra det möjligt.
För tillfället befinner sig arbetet i ett teoretiskt skede, där man undersöker idéns genomförbarhet. Men Hall och kompisar säger att det ser möjligt ut med nuvarande teknik. Det betyder att det bara borde ta några månader innan vi ser de första resultaten.
Ref: arxiv.org/abs/0911.4539 : Övervakning av jonkanalsfunktion i realtid genom kvantdekoherens