جهت بررسی جنبههای خاصی از سلول، محققان به تجزیه و تحلیل ساختمان داخلی سلولها، دستکاری آنها و بازگرداندن آنها بهجای خود نیاز دارند. گزینههای انتخابی نیز جهت نوع اقدامات محدود است؛ ازاینرو این محدودیتها، محققان را مجبور به پژوهش روی نانوتیغههایی کرد که امکان برش از طریق غشای سلولی را جهت ورود به میتوکندری دارا هستند...
پیشاز این، محققان از این فنآوری جهت انتقال سایر مواد بین سلولها استفاده میکردند و به تجاریسازی نانوتیغه (Nanoblade) برای استفادهی گستردهتر در مهندسی زیستی (Bioengineering) امید دارند.
محققان و مهندسان زیستی UCLA، برای اولینبار ایدهی نانوتیغه را چندسال پیشاز انتقال یک هسته از یکسلول به سلول دیگر درسر داشتند. هرچند، خیلی زود به کاوش درتقاطع زیستشناسی بنیاختهها و متابولیسم انرژی پرداختند که درآن میتوان از فنآوری برای دستکاری میتوکندری یک سلول استفاده کرد. بررسی اثرات جهش در ژنوم میتوکندریکه میتواند باعث بیماریهای کشنده یا ناتوانکننده در انسان شود، بهدلایل متعدد با مشکل روبهرو است.
تصویر مندرج در مقاله، سلولهای استئوسارکومای (Osteosarcoma) و میتوکندری (سبز) با میتوکندری اضافه شده (قرمز) که به کمک نانوتیغه از سلولهای کلیهی جنین انسان انتقال یافتهاند را نشان میدهد. در واقع، در مقایسه با میتوکندری سبزی که از قبل وجود داشت، تعداد کمی از میتوکندریهای قرمزرنگ توسط نانوتیغه به هر سلول منتقل شدهاند. طی چند هفته، DNA میتوکندری قرمزرنگ، به شکل گستردهای تقویت شد.
گلوگاهی درحوزهی ترمیم DNA میتوکندری سلول وجود دارد. بنابراین محققان روی یک فرایند دو مرحلهای کار میکنند: ترمیم ژنوم میتوکندری در خارج ازسلول و برداشتن میتوکندری دستکاری شده و برگرداندن آن به سلول نانوتیغه متشکل ازیک میکروسکوپ، لیزر و میکروپیپت با روکش تیتانیوم میباشد که بهعنوان تیغه عمل نموده و با استفادهاز یک Joystick کنترلکننده کارمیکند. هنگامیکه یک پالس لیزر با تیتانیوم برخوردمیکند، دمای فلز بالا رفته، لایههای آب دربرگیرندهی محیط کشت میکروب را تبخیرنموده و یک حباب درکنار سلول ایجادمیکند. طی چند میکروثانیه، حباب منبسطمیشود و با تولید نیرویی غشایسلول را سوراخ میکند و مسیری بهطول چند میکرون طولانیتر از میتوکندری (دراینمورد) تحت فشار طی میشود. سپس، سلول بهسرعت غشا را ترمیم میکند.
محققاناز نانوتیغه برای واردکردن میتوکندری از سلولهای سرطان پستان و سلولهای کلیهی جنین به سلولهای بدون DNA میتوکندری استفادهکردند. هنگامیکه آنها هسته و سپس DNA میتوکندری را تعیین کردند، دریافتند که میتوکندری با موفقیت منتقل و در محدودهی کاری ۲درصد از سلولها تکرار شدند. کنترل روشهای دیگر انتقال میتوکندری دشوار است و مطابق تحقیقات، نرخ موفقیت موارد اجراشده از ۰/۰۰۰۱ تا ۰/۵درصد است.
موفقیت در کاربرد نانوتیغه در انتقال میتوکندریها بسیار امیدوارکننده میباشد.
هیجانانگیزترین کاربرد نانوتیغهها، در تحقیق میتوکندریها و بیماریهای عفونی است که این فنآوری قابلیتهای جدیدی برای کمک به پیشرفت دراینزمینهها را فراهممیآورد.
