La misurazione quantistica potrebbe rivelare il flusso di ioni attraverso le membrane cellulari

I canali ionici svolgono un ruolo cruciale nel funzionamento di tutte le cellule viventi. I canali sono proteine ​​incorporate nella membrana cellulare che agiscono come pori, consentendo il passaggio di alcuni tipi di molecole e ioni mentre ne bloccano altri.

Di conseguenza, svolgono un ruolo importante in molti processi biologici in cui si verificano rapidi cambiamenti nelle cellule, come la funzione cardiaca, l'attivazione delle cellule T e il rilascio di insulina delle cellule beta pancreatiche.

Non sorprende, quindi, che molto lavoro sia stato dedicato a capire come funzionano i canali ionici. Una tecnica consiste nell'infilare una cellula nella punta di una siringa contenente lo ione in esame. Applicare una tensione alla cellula e la corrente è una misura del flusso di ioni attraverso la membrana cellulare. Un'altra tecnica consiste nel misurare il flusso di ioni attraverso una membrana cellulare sintetica nota come strato lipidico nero.

Entrambe queste tecniche hanno prodotto spunti interessanti, ma chiedi a un biologo cellulare quanto sono accurate e lui o lei sposteranno i piedi e fisseranno il terreno.

Ora una nuova tecnica promette di mettere tutti gli altri in ombra, dicono Leonard Hall dell'Università di Melbourne in Australia e alcuni compagni. L'idea si basa sulla velocità con cui l'elettrone ruota per decoere in un atomo di azoto all'interno di un nanodiamante. Negli ultimi anni, i fisici sono diventati estremamente entusiasti di queste cosiddette vacanze di azoto perché sono facilmente controllabili utilizzando microonde o luce. Sono anche isolati dal loro ambiente dalla matrice di carbonio.

L'idea di Hall e co è di posizionare il nanodiamand sulla punta di un microscopio a forza atomica e spostarlo all'interno della larghezza di un capello di un canale ionico in una membrana cellulare. Gli spin degli elettroni nella vacanza di azoto vengono quindi impostati in uno stato particolare facendoli zapping con una sequenza di impulsi a microonde.

Quando il canale si apre, il flusso di ioni che lo attraversa genera un minuscolo campo magnetico che interagisce con lo spin degli elettroni, provocandone la decoesione. Questo può essere facilmente monitorato cercando la fluorescenza prodotta dalla vacanza di azoto.

La tecnica dovrebbe essere in grado di misurare il flusso di ioni attraverso il canale con una risoluzione di microsecondi, afferma il gruppo. Questo tipo di precisione non ha precedenti. E il bello è che il nanodiamante non tocca né interferisce con il canale che può operare nel suo (più o meno) ambiente naturale.

I biologi cellulari dovrebbero tornare indietro su questo, ma sono le aziende farmaceutiche che ne trarranno davvero beneficio. Un'ampia percentuale di farmaci prende di mira i canali ionici, quindi sapere esattamente quale effetto hanno dovrebbe essere una parte importante del processo di scoperta dei farmaci. La nuova tecnica potrebbe renderlo possibile.

Per il momento, il lavoro è in una fase teorica, indagando sulla fattibilità dell'idea. Ma Hall e compagni dicono che sembra possibile con la tecnologia attuale. Ciò significa che dovrebbero essere solo una questione di mesi prima di vedere i primi risultati.

Rif: arxiv.org/abs/0911.4539 : Monitoraggio della funzione del canale ionico in tempo reale tramite la decoerenza quantistica

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