新しい研究により、科学者は細胞規模でサイボーグを作成できるようになる可能性があります。 マサチューセッツ工科大学（MIT） 生きた細胞内で無線で動作できる小型アンテナを設計するためのメディア ラボ。 これは、アンテナがリアルタイムの監視と方向付けを行う可能性があるため、医療診断、治療、およびその他の科学的プロセスに応用できる可能性があります。 細胞活動.
科学者たちはこの技術をCell Roverと名付けました。 これは、細胞内で動作し、3D 生物学的システムと互換性のあるアンテナの最初のデモンストレーションです。
マサチューセッツ工科大学メディア ラボの助教授兼 AT&T キャリア開発委員長であり、ナノ サイバネティック バイオトレック ラボの責任者であるデブリナ サーカー氏は、次のように述べています。 「典型的な生体電子インターフェースは、サイズがミリメートルまたはセンチメートルであり、侵襲性が高いだけでなく、ワイヤレスで単一細胞と相互作用するために必要な解像度を提供できません。特に、XNUMX つの細胞でさえも変化が生物全体に影響を与える可能性があることを考えると.」
新しく開発されたアンテナのサイズは、セルよりもはるかに小さいです。 卵母細胞を使った研究では、アンテナは細胞体積の 05% 未満でした。 変換します 電磁波 その波長は、電磁波の速度よりも XNUMX 桁小さく、音の速度を波の周波数で割った値を表します。
小型アンテナは、磁歪として知られる物質を利用して構成され、電磁波から音響波へのこの変換を実現します。 磁歪材料内の磁区は、次の場合に磁場に整列します。 磁場 アンテナに適用され、アンテナに電力を供給してアクティブにします。 これは、生地に織り込まれた金属糸が強力な磁石に反応してねじれるのと同じように、素材に歪みを引き起こします。
Sarkar の研究室の学生であり、この研究の筆頭著者である Baju Joy は、次のように述べています。 「交流磁場がアンテナに適用されると、材料内に生じるさまざまなひずみと応力 (圧力) が、 音波 アンテナで。 また、ローバーを細胞に導入するために不均一な磁場を使用する新しい戦略も開発しました。」
サーカーは言った、 「このように構成されたアンテナは、自然なプロセスが発生する際の生物学の基礎を調査するために使用できます。 通常行われているように、細胞を破壊して細胞質を検査する代わりに、Cell Rover は細胞の発生や分裂を監視し、さまざまな化学物質や酵素などの生体分子、または細胞圧などの物理的変化をすべてリアルタイムかつ生体内で検出できます。 」
研究者たちは、医療やその他の研究ですでに使用されているポリマーなどの材料をセルローバーの操作に統合できると主張しています。 たとえば、ポリマーは、化学的または生体分子の変化に応じて、質量または応力が変化します。 このような組み合わせにより、現在使用されている細胞を破壊する観察方法では得られない情報が明らかになる可能性があります。
サーカー氏は次のように説明した。 「このような機能を備えたセル ローバーは、 癌 たとえば、神経変性疾患の研究などです。 この技術は、個々の細胞での進行に伴う疾患に関連する生化学的および電気的変化を検出および監視できます。 この技術を創薬の分野に応用すれば、生細胞のさまざまな薬物に対する反応を明らかにすることができます。」
「トランジスタやスイッチなどのナノ電子デバイスの精巧さと規模のために、情報技術の分野における XNUMX 年間の途方もない進歩を象徴しています。 ミニアンテナを備えたCell Roverは、細胞内コンピューティングと情報処理から自律探査と細胞の変調に至るまでの機能を実行できます。 この研究は、XNUMX つのセル内であっても、複数のセル ローバーが関与して、セル間およびセル外で通信できることを示しました。」
アナンサ P. チャンドラカサン、マサチューセッツ工科大学工学部学部長、Vannevar Bush 教授の電気工学およびコンピューター サイエンス、 と, 「Cell Rover は、センシング、通信、情報技術を生きた細胞の中に埋め込むことができる革新的なコンセプトです。 これにより、正確な診断、治療、創薬の前例のない機会が開かれるだけでなく、生物学と電子デバイスの交差点で新しい方向性が開かれます。」
ジャーナルリファレンス：
- Joy、B.、Cai、Y.、Bono、DC 他。 Cell Rover - 生きた細胞内でワイヤレス操作を行うための小型化された磁歪アンテナ。 Nat Commun 13、5210（2022）。 DOI： 10.1038/s41467-022-32862-4
