Tế bào nhân tạo
Màng tế bào (màng sinh chất) bao bọc và ngăn cách nguyên sinh chất với môi trường xung quanh. Màng được cấu tạo từ lớp phospholipid kép (phospholipid bilayer), các phân tử protein cùng nhiều phân tử sinh học khác. Màng có tính thấm chọn lọc và tham gia vào "vô số" các hoạt động trao đổi chất, gắn kết tế bào, dẫn ion, dẫn truyền tín hiệu... cũng như đảm nhận vai trò như điểm gắn kết của khung xương nội bào (intracellular cytoskeleton) hay vách ngoài màng tế bào (extracellular cell wall).
Hoạt động của các kênh ion cùng các bơm ion trên màng dẫn đến hình thành gradien ion giữa hai phía của màng làm sản sinh điện thế hoạt động - một trong những yếu tố quan trọng đảm bảo chức năng của nhiều loại tế bào khác nhau trong cơ thể đặc biệt là tế bào cơ, tế bào thần kinh. Nghiên cứu sự thay đổi gradien ion giúp tìm hiểu cơ chế và phương pháp điều trị nhiều loại bệnh đặc biệt là các bệnh thuộc hệ cơ, thần kinh. Các kênh dẫn, bơm ion trên màng được coi như những thiết bị dẫn có kích thươc nano. Chính vì vậy các nhà nghiên cứu đã nghĩ đến việc chế tạo các thiết bị có khả năng vận hành tương tự.
Các mô hình toán học đã giúp các nhà khoa học thuộc ĐH Yale và viên Tiêu chuẩn và công nghệ Gaithersburg tại Maryland (Hoa kỳ) chuyển các giá trị gradien nồng độ ion sang điện thế hoạt động trong thiết bị được chế tạo theo mô hình kênh ion trên màng. Những thiết bị này là thành phần cấu tạo của một mô hình cơ quan điện tử. Từ những tính toán tối ưu, nhóm nghiên cứu đã thiết kế mô hình tế bào nhân tạo với các kênh dẫn nano có hiệu quả hoạt động cao hơn so với mô hình cơ quan. Kết quả mô phỏng và chế tạo các thiết bị nano này có thể là cơ sở cho các phương pháp điều trị bệnh qua can thiệp vào hoạt động của hệ thống kênh dẫn và bơm ion trên màng tế bào.
Tóm tăt công trình trên Nature Nanotechnology[sửa]
Designing artificial cells to harness the biological ion concentration gradient
Cell membranes contain numerous nanoscale conductors in the form of ion channels and ion pumps1, 2, 3, 4 that work together to form ion concentration gradients across the membrane to trigger the release of an action potential1, 5. It seems natural to ask if artificial cells can be built to use ion transport as effectively as natural cells. Here we report a mathematical calculation of the conversion of ion concentration gradients into action potentials across different nanoscale conductors in a model electrogenic cell (electrocyte) of an electric eel. Using the parameters extracted from the numerical model, we designed an artificial cell based on an optimized selection of conductors. The resulting cell is similar to the electrocyte but has higher power output density and greater energy conversion efficiency. We suggest methods for producing these artificial cells that could potentially be used to power medical implants and other tiny devices.[1]
12.11.08. Nguyễn Bá Tiếp, các bài khác
