Mason Engineering의 한 연구원은 인공 미세 수영선수들이 그들의 속도가 최소화되는 곳에 축적된다는 것을 발견했는데, 이것은 표적 암 치료의 효과를 향상하는 데 영향을 미칠 수 있는 아이디어입니다.
볼게 나우 공과대학의 기계공학과 조교수인 제프 모런과 시애틀의 워싱턴 대학의 동료들은 과산화수소를 연료로 사용하여 물속에서 "수영"하는 반백 금/반금 막대기를 연구했습니다. 과산화지질이 많을수록 수영 속도가 빨라집니다. 순수한 물에 과산화지질이 없으면 막대기가 헤엄치지 않습니다.
이 연구에서, 그들은 이 인공적인 미세 수영선수들이 액체의 저장고 안에 있을 때 어떤 일이 일어나는지 이해하기 시작했습니다. 한 쪽에는 과산화수소가 많이 있고 다른 쪽에는 많지 않습니다.
그들은 예측컨대, 마이크로 수영선수들이 과산화물 농도가 높은 지역에서 더 빨리 헤엄친다는 것을 발견했다고, 그의 연구가 사이언티픽 리포트의 새 호에 게재된 모란이 말했습니다.
다른 사람들이 관찰한 것처럼, 수영하는 사람들이 주변을 탐험하면서 수영의 방향은 무작위로 다양했습니다. 반대로, 저농도 지역에서는 몇 분 동안 봉이 느려지고 이들 지역에 축적되었습니다.
이 결과는 마이크로 수영선수들이 특정 지역에 수동적으로 축적되도록 하는 간단한 전략을 제시하는데, 이는 유용하고 실용적인 응용을 할 수 있는 아이디어라고 그는 말합니다.
미시적인 규모로 수영하는 것은 생물학에서 어디서나 볼 수 있는 현상이라고 모란은 말합니다. "세균과 같은 많은 세포와 미생물은 각각 세포에 이익을 주거나 해를 끼치는 더 높은 농도의 화학물질을 향해 자율적으로 헤엄칠 수 있습니다."
이런 행동을 화학작용이라고 하며, 이는 흔한 일이면서도 중요한 일이라고 그는 말합니다. "예를 들어, 여러분의 면역 세포는 케모택시를 이용하여 상처 부위를 감지하고 헤엄쳐 다니기 때문에 조직 수리를 시작할 수 있습니다."
모란과 동료들은 현장에 있는 다른 사람들과 마찬가지로, 인공 미세 수영 선수들이 화학작용을 함으로써 세포를 흉내낼 수 있는지, 계속해서 더 높은 화학 농도를 향해 헤엄쳐 갈 수 있는지 오랫동안 궁금해 해 왔습니다. 어떤 사람들은 특히 백금/금봉이 과산화물이 풍부한 지역을 향해 자율적으로 헤엄칠 수 있다고 주장했습니다.
우리는 이러한 주장에 대해 회의적이었습니다. 왜냐하면 막대기들이 살아있지 않기 때문입니다. 그래서 그들은 세포들이 이러한 행동을 실행하는 데 필요한 감지와 반응 능력을 가지고 있지 않기 때문입니다. 대신, 우리는 그 반대들을 발견했습니다. 즉, 낮은 농도의 지역에 만들어진 막대기들이죠. 이것은 화학 조영제에서 기대할 수 있는 것과는 반대입니다. 연구원들은 이것을 예측하고 실험을 통해 그것들을 검증하는 컴퓨터 시뮬레이션을 수행했습니다."
볼게 나우 공과대학 기계공학과 조교수 제프 모런입니다
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"이러한 행동에 대한 간단한 설명을 제안합니다. 어디에 있든, 막대들은 무작위로 다양한 방향으로 움직이며 주변을 탐색합니다. 저 연비 지역에 도착했을 때, 그들은 그렇게 열심히 탐험할 수 없었습니다. 어떤 면에서, 그들은 안락한 지역에 갇히게 됩니다, "라고 모란은 말합니다.
반대로 과산화지질이 높은 지역에서는 더 빠른 속도로 움직이며, 방향이 계속 바뀌기 때문에 이 지역에서 더 자주 탈출합니다. 시간이 지남에 따라, 최종 결과는 로드가 저농도 지역에 축적된다는 것입니다."라고 그는 말합니다. "그들은 어떤 지능도 가지고 있지 않습니다. 이동성이 가장 낮은 곳에 도달합니다."
모란은 이 연구가 고도의 산성 지역에 화학물질을 축적하기 위한 새로운 전략을 제안하기 때문에 기술적 관점에서 유망하다고 말합니다.
"이들의 비정상적인 대사 과정 때문에, 암세포는 즉각적인 주변 환경을 산성으로 만듭니다. 이것들은 산성 환경이 전이를 촉진하고 약물에 대한 저항력을 부여하는 것으로 알려져 있기 때문에 가장 많은 약물을 필요로 하는 세포들입니다. 따라서, 이 지역의 세포들은 많은 암 치료의 주요 목표물입니다."
모란과 동료들은 이제 산성 지방에서 천천히 그리고 중성 지방이나 기초 지역에서 단식을 하는 마이크로 수영선수들을 디자인하고 있습니다. 그들이 여기서 발견한 메커니즘을 통해, 그들은 산 의존적인 수영선수들이 그들의 속도를 최소화하는 곳, 즉 가장 산성이 높고 가장 저산소인 종양에서 가장 문제가 많은 부분인 화물을 우선적으로 축적하고 방출할 것이라는 가설을 세웁니다.
더 많은 연구가 진행되어야 하지만, "이 막대기들은 화학요법 약물을 가장 필요로 하는 암세포에 전달할 수 있는 능력을 가지고 있을지도 모릅니다,"라고 모란은 말합니다.
"분명히 말해서, 우리의 연구는 인공 미세 수영에서는 화학 조업이 불가능하다는 것을 증명하지 않습니다. 단지 이 특정한 미세 수영자들이 화학 조업을 겪지 않는다는 것입니다.
"그 대신, 우리는 유도되지 않은 마이크로 수영선수들이 축적되어 가장 문제가 많은 암으로 약을 전달하도록 하는 우아하고 간단한 방법을 알아냈습니다.