גילוי איתותים?

ילדים, מכסחות דשא, מטוסים, רכבות, מכוניות - כמעט הכל משמיע רעש. ואם שני מדענים מקליפורניה צודקים, כך גם תאים חיים. בניסויים שנעשו לאחרונה במדע הגבול של הננו-טכנולוגיה, החוקרים מצאו עדויות לכך שתאי שמרים מפטרים סוג של זעקה בעוד שתאים של יונקים עשויים לוותר על סוג אחר. המחקר, אם כי עדיין מקדים, עשוי להיות "מהפכני", כלשונו של מדען אחד, וכבר נערך יישום רפואי אפשרי, יש להודות שהוא מרוחק: יום אחד, החשיבה עוברת, האזנה לצלילים שתאים שלך משמיעים רופא, לפני שמתרחשים תסמינים, בין אם אתה בריא או עומד להיות חולה.

תוכן קשור

• האם ננו-טכנולוגיה יכולה להציל חיים?

מייסד המחקר של צלילי תאים, או "סונוציטולוגיה", כפי שהוא מכנה זאת, הוא ג'ים גימבסקי, כימאי UCLA בן 52, שתרם לתערוכה במוזיאון לאמנות על מבנה מולקולרי. רעיון צלילי התאים הגיע אליו בשנת 2001 לאחר שחוקר רפואי אמר לו שכאשר תאי לב חיים מונחים בכלי פטרי עם חומרים מזינים מתאימים, התאים ימשיכו לפעום. גימבסקי התחיל לתהות אם כל התאים עלולים להכות, ואם כן, האם תנודות קטנטנות כאלה יפיקו צליל שניתן לזהות. אחרי הכל, הוא אמר, הצליל הוא בסך הכל תוצאה של כוח הדוחף מולקולות, ויוצר גל לחץ שמתפשט ונרשם כאשר הוא מכה בעור התוף. הוא גם נימק כי למרות שרעש שנוצר על ידי תא לא יהיה נשמע, הוא עלול להתגלות על ידי מכשיר רגיש במיוחד.

גימבסקי מתאים היטב להתמודד עם השאלה, בהיותו מומחה בכלי - הוא בנה מיקרוסקופים משלו - ובנוחות בבית בעולם האינפיניטסימלי. גימזבסקי, שהיה מוביל בתחום הננו-טכנולוגיה, או המדע של מניפולציה של אטומים ומולקולות אינדיבידואליות לבניית מכונות מיקרוסקופיות, עבד בעבר במעבדת המחקר של יבמ בציריך, שוויץ, שם הוא ועמיתיו בנו מדחף מולקולרי מסתובב בגודל 1.5 ננומטר, או קוטר 0.0000015 מילימטרים. הם בנו גם את האבקוס הקטן ביותר בעולם, שהיה בו חרוזים מולקולות אינדיבידואליות בקוטרים פחות מננומטר בודד. אם לא היה דבר אחר, המלגות, שזכו לשבחים ניכרים, הראו שלבטחת הננוטכנולוגיה הייתה בסיס רב במציאות.

במהלך ההפעלה הראשונה שלו לסונוציטולוגיה, השיג גימבסקי תאי שמרים מעמיתים לביוכימיה ב- UCLA. (הוא "הציג מבטים", הוא נזכר, כשהסביר למה הוא רוצה את התאים.) גמזבסקי, בעבודה עם הסטודנט לתארים מתקדמים, אנדרו פילינג, דרך לבחון רעש סלולרי בעזרת כלי ננו-טכנולוגי שנקרא מיקרוסקופ כוח אטומי (AFM). בדרך כלל, AFM יוצר תמונה חזותית של תא על ידי מעבר הבדיקה הזעירה מאוד שלו, עצמה כל כך קטנה שהקצה שלה הוא מיקרוסקופי, על פני התא, ומודד כל בליטה וחלולה של הממברנה החיצונית שלו. מחשב ממיר את הנתונים לתמונה. אולם חוקרי UCLA החזיקו את הגשש הזעיר של ה- AFM במצב קבוע, והניחו אותו קלות על פני קרום התא "כמו מחט להקלטה", אומר פילינג, כדי לגלות כל רעידות המפיקות קול.

הזוג מצא כי דופן התא עולה ונופלת על שלושה ננומטרים (כ -15 אטומי פחמן מוערמים זה על זה) ומרטטים בממוצע 1, 000 פעמים בשנייה. המרחק שקיר התא נע קובע את המשרעת או הנפח של גל הקול, ומהירות התנועה כלפי מעלה ומטה היא התדר שלו, או המגרש. למרות שהנפח של צליל תאי השמרים היה נמוך מכדי להישמע, גימבסקי אומר כי התדר שלו היה תיאורטי בטווח השמיעה האנושית. "אז כל מה שאנחנו עושים זה להעלות את עוצמת הקול, " הוא מוסיף.

גימבסקי (אוחז במודל של מולקולת פחמן במעבדת UCLA שלו) משתמש במיקרוסקופ של כוח אטומי כדי "להקשיב" לתאים חיים. (דברה דיפולו)

תדירות תאי השמרים אותם החוקרים בדקו תמיד הייתה באותו טווח גבוה, "בערך C עד חד מעל D מעל אמצע C מבחינת המוזיקה", אומר פילינג. פיזור אלכוהול על תא שמרים כדי להרוג אותו מעלה את המגרש, ואילו תאים מתים מפטרים צליל נמוך ומרעש, שלדברי גימבסקי הוא כנראה תוצאה של תנועות אטומיות אקראיות. הזוג מצא גם שתאי שמרים עם מוטציות גנטיות משמיעים צליל מעט שונה מתאי שמרים רגילים; תובנה זו עודדה את התקווה כי הטכניקה עשויה להיות מיושמת בסופו של דבר לאבחון מחלות כמו סרטן, שלפי הערכות מקורן בשינויים בהתאמה הגנטית של התאים. החוקרים החלו לבדוק סוגים שונים של תאי יונקים, כולל תאי עצם, שיש להם גובה נמוך יותר מאשר תאי שמרים. החוקרים לא יודעים מדוע.

מעטים מדענים מודעים לעבודתם הסונוציטולוגית של גימזבסקי ופילינג, שלא פורסמה בספרות המדעית ונבדקה. (החוקרים הגישו את ממצאיהם לכתב עת שנבדק על ידי עמיתים לפרסום.) מפה לאוזן עוררה ספקנות כמו גם התפעלות. מדען המכיר את המחקר, הרמן גאוב, יו"ר הפיזיקה המיושמת באוניברסיטת LudwigMaximilian במינכן, גרמניה, אומר שהצלילים שלגימבסקי מאמין שהם תנודות סלולריות עשויים להיות מקוריים אחרים. "אם מקור הרטט הזה יימצא בתוך התא, זה היה מהפכני, מרהיב וחשוב להפליא", אומר גאוב. "עם זאת, ישנם הרבה מקורות פוטנציאליים [סאונד] מחוץ לתא שצריך להחריג." פילינג מסכים, ואומר שהוא וגימזבסקי מבצעים בדיקות כדי לשלול את האפשרות שמולקולות אחרות בנוזל הרוחצות את התאים, או אפילו את קצה המיקרוסקופ עצמו, יוצרות רטט שהגישור שלהם מרים.

רטנש לאל, מדעי המוח והביו-פיזיקאי מאוניברסיטת קליפורניה בסנטה ברברה, שחקר את פעימות תאי הלב המוחזקים בחיים בכלי, אומר שמומחיות הננו-טכנולוגיה של גימבסקי עשויה להיות המפתח לבחון אם התאים מפיקים צליל. "התקווה האולטימטיבית היא להשתמש בזה באבחון ומניעה, " אומרת לאל ומוסיפה: "אם יש מישהו בעולם שיכול לעשות את זה, הוא יכול."

גימבסקי מכיר בכך שצריך לעשות יותר עבודה. בתוך כך, הממצאים תפסו את תשומת ליבו של עמיתו UCLA, מייקל טייטל, פתולוג המתמחה בסרטן הלימפוציט, סוג של כדוריות דם לבנות. הוא מכניס תאי שריר אנושיים ועכברים ותאי עצם לתרופות וכימיקלים כדי לגרום לשינויים גנטיים ופיזיים; לאחר מכן ינסה גימבסקי "להקשיב" לתאים שהשתנו ולהבדיל אותם בצליליהם.

לטייטל אומרים שהמחשבה על גילוי סרטן בשלבי הסלולר המוקדמים ביותר היא מרגשת, אך עדיין לא ניתן לראות (או לשמוע) האם הטכנולוגיה תעבוד ככלי אבחון. הוא לא רוצה להעביר את הרעיון יתר על המידה: "יתברר שכל האותות האלה יהיו כאלה כל כך עד שלא נוכל לזהות בבירור אחד מהשני."

גימבסקי מקווה שליצירה יש יישום מעשי, אך הוא נפעם לא פחות מהציד כמו לתפוס. "תהיה אשר תהיה התוצאה, " הוא אומר, "אני מונע בעיקר על ידי סקרנות והתרגשות מתופעת התנועה הסלולרית - מה הניע את הטבע ליצור מנגנון כזה ולהבין באמת לעומק מה המשמעות של הצלילים היפים האלה." עצם האפשרות שהוא גילה מאפיין חדש של תאים, עם כל השאלות המסקרנות שעולות, היא, לדבריו, "כבר מספיק ממנה במתנה."