새로운 연구를 통해 과학자들은 세포 규모의 사이보그를 만들 수 있습니다. MIT 살아있는 세포 내부에서 무선으로 작동할 수 있는 소형 안테나를 설계하는 미디어 랩. 실시간 모니터링 및 지시를 위한 안테나의 잠재력으로 인해 의료 진단, 치료 및 기타 과학 프로세스에 응용할 수 있습니다. 세포 활동.
과학자들은 이 기술을 Cell Rover라고 명명했습니다. 이것은 세포 내부에서 작동할 수 있고 3D 생물학적 시스템과 호환되는 안테나의 첫 번째 시연을 나타냅니다.
MIT Media Lab의 조교수이자 AT&T Career Development Chair이자 Nano-Cybernetic Biotrek Lab의 책임자인 Deblina Sarkar는 다음과 같이 말했습니다. "일반적인 생체 전자 인터페이스는 크기가 밀리미터 또는 센티미터이며 매우 침습적일 뿐만 아니라 무선으로 단일 세포와 상호 작용하는 데 필요한 해상도를 제공하지 못합니다. 특히 한 세포의 변화가 전체 유기체에 영향을 미칠 수 있다는 점을 고려하면 더욱 그렇습니다."
새로 개발된 안테나의 크기는 셀보다 훨씬 작습니다. 안테나는 난모세포 연구에서 세포 부피의 05% 미만을 차지했습니다. 그것은 변환 전자파 음파를 음파 주파수로 나눈 음속을 전자기파보다 XNUMX배 더 작은 파장으로 음파로 변환합니다.
소형 안테나는 전자기파에서 음향파로의 변환을 달성하기 위해 자기 변형으로 알려진 물질을 사용하여 구성됩니다. 자기 변형 물질 내의 자기 영역은 다음과 같은 경우 필드에 정렬됩니다. 자기장 안테나에 전원을 공급하고 활성화합니다. 이것은 직물에 짜여진 금속 실이 비틀어서 강력한 자석에 반응하는 것과 마찬가지로 재료에 변형을 일으킵니다.
Sarkar 연구실의 학생이자 이 연구의 주 저자인 Baju Joy는 다음과 같이 말했습니다. “교번 자기장이 안테나에 가해지면 재료에서 생성되는 다양한 변형과 응력(압력)이 음파 안테나에서. 우리는 또한 로버를 세포에 도입하기 위해 불균일한 자기장을 사용하는 새로운 전략을 개발했습니다.”
사카르가 말했다. “이러한 방식으로 구성된 안테나는 자연적 과정이 발생함에 따라 생물학의 기초를 탐구하는 데 사용될 수 있습니다. Cell Rover는 일반적으로 수행되는 것처럼 세포질을 검사하기 위해 세포를 파괴하는 대신 세포의 발달 또는 분열을 모니터링하여 효소와 같은 다양한 화학 물질 및 생체 분자 또는 세포 압력과 같은 물리적 변화를 실시간 및 생체 내에서 감지할 수 있습니다. .”
연구원들은 이미 의료 및 기타 연구에 사용되는 폴리머와 같은 재료가 Cell Rover의 작동과 통합될 수 있다고 주장합니다. 예를 들어 폴리머는 화학적 또는 생체 분자 변화에 대한 반응으로 질량 또는 응력의 변화입니다. 이와 같은 조합은 현재 사용 중인 세포 파괴 관찰 방법이 없는 정보를 드러낼 수 있습니다.
Sarkar는 다음과 같이 설명했습니다. "이러한 기능으로 Cell Rovers는 다음 분야에서 가치가 있을 수 있습니다. 암 예를 들어, 신경퇴행성 질환 연구. 이 기술은 개별 세포에서 진행되는 질병과 관련된 생화학적 및 전기적 변화를 감지하고 모니터링할 수 있습니다. 약물 발견 분야에 적용하면 이 기술은 다른 약물에 대한 살아있는 세포의 반응을 밝힐 수 있습니다.”
“트랜지스터 및 스위치와 같은 나노전자 장치의 정교함과 규모 때문에 — “정보 기술 분야에서 XNUMX년 간의 엄청난 발전을 나타냅니다. 미니 안테나가 있는 Cell Rover는 세포 내 컴퓨팅 및 정보 처리에서 세포의 자율 탐색 및 변조에 이르기까지 다양한 기능을 수행할 수 있습니다. 이 연구는 여러 셀 로버가 단일 셀 내에서도 서로 간에 그리고 셀 외부에서 통신할 수 있음을 보여주었습니다."
MIT 공대 학장이자 전기 공학 및 컴퓨터 과학 교수인 Vannevar Bush 교수인 Anantha P. Chandrakasan은 다음과 같이 말했습니다. 말했다, “Cell Rover는 살아있는 세포 내부에 감지, 통신 및 정보 기술을 내장할 수 있는 혁신적인 개념입니다. 이것은 정확한 진단, 치료법 및 약물 발견을 위한 전례 없는 기회를 열어줄 뿐만 아니라 생물학과 전자 장치 간의 교차점에서 새로운 방향을 제시합니다.”
저널 참조 :
- Joy, B., Cai, Y., Bono, DC et al. Cell Rover - 살아있는 세포 내부에서 무선 작동을 위한 소형화된 자기 변형 안테나. Nat Commun 13, 5210(2022). DOI: 10.1038/s41467-022-32862-4
