یکی از راه‌های اصلی صحبت کردن سلول‌ها با یکدیگر برای هماهنگ کردن فعالیت‌های بیولوژیکی ضروری مانند انقباض عضلانی، ترشح هورمون، شلیک نورون‌ها، هضم و فعال‌سازی سیستم ایمنی، از طریق سیگنال‌دهی کلسیم است.
ماشین‌های مولکولی با سلول‌های صحبت می‌کنند/کاربرد: درمان بیماری‌های عضلانی و گوارشی
بر اساس نتایج مطالعه جدیدی که در Nature Nanotechnology منتشر شده است، دانشمندان دانشگاه رایس از ماشین‌های مولکولی فعال شده با نور برای تحریک سیگنال‌های کلسیم بین سلولی استفاده کرده‌اند که یک راهبرد جدید و قدرتمند برای کنترل فعالیت سلولی است. این فناوری می‌تواند به بهبود درمان افراد مبتلا به مشکلات قلبی، مشکلات گوارشی و موارد دیگر منجر شود.
جاکوب بکهام، دانشجوی فارغ‌التحصیل شیمی و نویسنده اصلی این مطالعه، گفت: «بیشتر داروهایی که تا این مرحله تولید شده‌اند، از نیروهای اتصال شیمیایی برای هدایت یک آبشار سیگنالینگ خاص در بدن استفاده می‌کنند. این اولین پروژه‌ای است که نشان می‌دهد به جای نیروی شیمیایی، می‌توانید از نیروی مکانیکی – در این مورد، نانوماشین‌های تک مولکولی – برای انجام همین کار استفاده کرد، که فصل جدیدی را در طراحی دارو باز می‌کند.»
دانشمندان از محرک‌های مبتنی بر مولکول‌های کوچک استفاده کردند که با تحریک نور مرئی به چرخش در می‌آیند تا پاسخ سیگنال‌دهی کلسیم را در سلول‌های ماهیچه صاف القا کنند.
وی گفت: «ما بر بسیاری از ماهیچه‌های حیاتی بدن خود کنترل آگاهانه نداریم. قلب یک عضله غیرارادی است و بافت ماهیچه پوشاننده رگ‌ها و شریان‌ها، فشار خون و گردش خون را کنترل می‌کند.»
جیمز تور، دبلیواف چائو از محققان دانشگاه رایس می‌گویند: «بکهام نشان داده است که ما می‌توانیم، برای مثال، سیگنال‌های سلولی در عضله قلب را کنترل کنیم، که واقعا جالب است.»
تور گفت: «اگر فقط یک سلول در قلب را تحریک کنید، سیگنال را به سلول های مجاور منتقل می‌کند، به این معنی که می‌توانید کنترل مولکولی هدفمند و قابل تنظیم بر عملکرد قلب داشته باشید و احتمالاً آریتمی‌ها را کاهش دهید.»
این ماشین‌های مولکولی که توسط پالس‌های نوری فعال می‌شوند، به دانشمندان اجازه می‌دهند سیگنال‌های کلسیم را در کشت سلولی میوسیت قلبی کنترل کنند و باعث شلیک سلول‌های غیرفعال شوند.
بکهام می‌گوید: «این مولکول‌ها اساساً به‌عنوان نانودفیبریلاتور عمل می‌کردند و باعث می‌شد این سلول‌های ماهیچه قلب شروع به تپش کنند.»
توانایی کنترل ارتباط سلول به سلول در بافت عضلانی می‌تواند برای درمان طیف وسیعی از بیماری‌هایی که با اختلال در سیگنال‌دهی کلسیم مشخص می‌شوند، مفید باشد.
تور گفت: «بسیاری از افرادی که فلج هستند، مشکلات گوارشی بزرگی دارند. اگر بتوانید این مشکلات را بدون هیچ گونه مداخله شیمیایی کاهش دهید، کار بزرگی خواهد بود.»
تور گفت: «این اولین نمونه از بهره‌گیری از یک ماشین مولکولی و استفاده از آن برای کنترل کل ارگانیسم فعال است.»
