कोशिकाओं के विद्युत क्षेत्र नैनोकणों को दूर रखते हैं

जनवरी 23, 2024

(नानावरक न्यूज़) हमारी कोशिकाओं को घेरने वाली विनम्र झिल्लियों में एक आश्चर्यजनक महाशक्ति होती है: वे अपने पास आने वाले नैनो-आकार के अणुओं को दूर धकेल सकती हैं। राष्ट्रीय मानक और प्रौद्योगिकी संस्थान (एनआईएसटी) के वैज्ञानिकों सहित एक टीम ने प्राकृतिक झिल्ली के व्यवहार की नकल करने वाली कृत्रिम झिल्लियों का उपयोग करके इसका पता लगाया है। उनकी खोज इस बात में अंतर ला सकती है कि हम हमारी कोशिकाओं को लक्षित करने वाले कई दवा उपचारों को कैसे डिज़ाइन करते हैं।

चाबी छीन लेना

जीवित कोशिकाओं में और उसके आस-पास मौजूद आवेशित झिल्लियाँ आने वाले नैनोमीटर आकार के कणों को दृढ़ता से पीछे हटा देती हैं - विशेषकर ऐसे कण जिनमें बहुत कम या कोई विद्युत आवेश नहीं होता है।

झिल्लियाँ जो तीव्र विद्युत क्षेत्र उत्पन्न करती हैं, वह क्षेत्र द्वारा आकर्षित छोटे आवेशित अणुओं की घनी भीड़ के साथ मिलकर इस प्रतिकारक बल का निर्माण करती हैं।

मौलिक खोज में दवा उपचारों को डिजाइन करने और वितरित करने के निहितार्थ हो सकते हैं, जो अक्सर झिल्ली को लक्षित करने वाले नैनो-आकार के अणुओं के आसपास बनाए जाते हैं।

कोशिका झिल्ली शक्तिशाली विद्युत क्षेत्र प्रवणता उत्पन्न करती है जो कोशिका की सतह से प्रोटीन जैसे नैनो-आकार के कणों को पीछे हटाने के लिए काफी हद तक जिम्मेदार होती है - एक प्रतिकर्षण जो विशेष रूप से अपरिवर्तित नैनोकणों को प्रभावित करता है। इस योजनाबद्ध चित्रण में, एक नकारात्मक रूप से चार्ज की गई झिल्ली (शीर्ष पर, लाल रंग में) छोटे, सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए अणुओं (बैंगनी वृत्त) को आकर्षित करती है, जो झिल्ली को घेर लेती है और एक बहुत बड़े, तटस्थ नैनोकण (गुलाबी) को दूर धकेल देती है। (छवि: एन. हनासेक/एनआईएसटी)

अनुसंधान

टीम के निष्कर्ष, जो इसमें दिखाई देते हैं अमेरिकी रसायन सोसाइटी का जर्नल (“Charged Biological Membranes Repel Large Neutral Molecules by Surface Dielectrophoresis and Counterion Pressure”), पुष्टि करें कि कोशिका झिल्ली द्वारा उत्पन्न शक्तिशाली विद्युत क्षेत्र कोशिका की सतह से नैनोस्केल कणों को खदेड़ने के लिए काफी हद तक जिम्मेदार हैं। यह प्रतिकर्षण आंशिक रूप से तटस्थ, अनावेशित नैनोकणों को विशेष रूप से प्रभावित करता है क्योंकि विद्युत क्षेत्र छोटे, आवेशित अणुओं को झिल्ली में भीड़ने के लिए आकर्षित करता है और बड़े कणों को दूर धकेल देता है। चूंकि कई दवा उपचार प्रोटीन और अन्य नैनोस्केल कणों के आसपास बनाए जाते हैं जो झिल्ली को लक्षित करते हैं, प्रतिकर्षण उपचार की प्रभावशीलता में भूमिका निभा सकता है। निष्कर्ष पहला प्रत्यक्ष प्रमाण प्रदान करते हैं कि विद्युत क्षेत्र प्रतिकर्षण के लिए जिम्मेदार हैं। एनआईएसटी के डेविड हूगेरहाइड के अनुसार, यह प्रभाव वैज्ञानिक समुदाय द्वारा अधिक ध्यान देने योग्य है। एनआईएसटी सेंटर फॉर न्यूट्रॉन के भौतिक विज्ञानी हुगेरहाइड ने कहा, "यह प्रतिकर्षण, छोटे अणुओं द्वारा उत्पन्न होने वाली संबंधित भीड़ के साथ, एक कमजोर चार्ज वाले अणु जैविक झिल्ली और अन्य चार्ज सतहों के साथ कैसे बातचीत करते हैं, इसमें महत्वपूर्ण भूमिका निभाने की संभावना है।" अनुसंधान (एनसीएनआर) और पेपर के लेखकों में से एक। "इसका दवा डिजाइन और वितरण, और नैनोमीटर पैमाने पर भीड़ भरे वातावरण में कणों के व्यवहार पर प्रभाव पड़ता है।" झिल्लियाँ लगभग सभी प्रकार की कोशिकाओं में सीमाएँ बनाती हैं। कोशिका में न केवल एक बाहरी झिल्ली होती है जो आंतरिक भाग को समाहित और संरक्षित करती है, बल्कि अक्सर अंदर अन्य झिल्ली भी होती है, जो माइटोकॉन्ड्रिया और गोल्गी तंत्र जैसे अंगों के हिस्से बनाती है। झिल्ली को समझना चिकित्सा विज्ञान के लिए महत्वपूर्ण है, केवल इसलिए नहीं क्योंकि कोशिका झिल्ली में मौजूद प्रोटीन अक्सर दवा का लक्ष्य होते हैं। कुछ झिल्ली प्रोटीन द्वार की तरह होते हैं जो कोशिका के अंदर और बाहर आने वाली चीज़ों को नियंत्रित करते हैं। इन झिल्लियों के पास का क्षेत्र एक व्यस्त स्थान हो सकता है। हज़ारों प्रकार के विभिन्न अणु एक-दूसरे और कोशिका झिल्ली पर भीड़ लगाते हैं - और जैसा कि जिसने भी भीड़ को पार करने की कोशिश की है, वह जानता है, इससे गुजरना कठिन हो सकता है। नमक जैसे छोटे अणु सापेक्ष आसानी से चलते हैं क्योंकि वे तंग स्थानों में फिट हो सकते हैं, लेकिन प्रोटीन जैसे बड़े अणु अपनी गति में सीमित होते हैं। हुगेरहाइड ने कहा, इस प्रकार की आणविक भीड़ एक बहुत ही सक्रिय वैज्ञानिक अनुसंधान विषय बन गई है, क्योंकि यह कोशिका कैसे काम करती है, इसमें वास्तविक दुनिया की भूमिका निभाती है। कोई कोशिका कैसे व्यवहार करती है यह इस सेलुलर "सूप" में अवयवों की नाजुक परस्पर क्रिया पर निर्भर करता है। अब, ऐसा प्रतीत होता है कि कोशिका झिल्ली पर भी प्रभाव पड़ सकता है, जो अणुओं को आकार और आवेश के आधार पर अपने निकट क्रमबद्ध करती है। "भीड़ सेल और उसके व्यवहार को कैसे प्रभावित करती है?" उसने कहा। उदाहरण के लिए, इस सूप में अणु कोशिका के अंदर कैसे क्रमबद्ध हो जाते हैं, जिससे उनमें से कुछ जैविक कार्यों के लिए उपलब्ध हो जाते हैं, लेकिन अन्य नहीं? झिल्ली के प्रभाव से फर्क पड़ सकता है।” जबकि शोधकर्ता आमतौर पर अणुओं को स्थानांतरित करने और अलग करने के लिए विद्युत क्षेत्रों का उपयोग करते हैं - एक तकनीक जिसे डाइइलेक्ट्रोफोरेसिस कहा जाता है - वैज्ञानिकों ने नैनोस्केल पर इस प्रभाव पर बहुत कम ध्यान दिया है क्योंकि नैनोकणों को स्थानांतरित करने के लिए बेहद शक्तिशाली क्षेत्रों की आवश्यकता होती है। लेकिन शक्तिशाली क्षेत्र वही हैं जो एक विद्युत आवेशित झिल्ली उत्पन्न करती है। हुगेरहाइड ने कहा, "हमारे शरीर द्वारा उत्पादित नमकीन घोल में झिल्ली के ठीक पास विद्युत क्षेत्र आश्चर्यजनक रूप से मजबूत हो सकता है।" “इसकी ताकत दूरी के साथ तेजी से कम हो जाती है, जिससे बड़े क्षेत्र ढाल बनते हैं जो हमें लगा कि पास के कणों को पीछे हटा सकते हैं। इसलिए हमने इसे देखने के लिए न्यूट्रॉन बीम का इस्तेमाल किया। न्यूट्रॉन हाइड्रोजन के विभिन्न समस्थानिकों के बीच अंतर कर सकते हैं, और टीम ने प्रयोगों को डिज़ाइन किया है जिसमें पीईजी के आस-पास के अणुओं पर एक झिल्ली के प्रभाव का पता लगाया गया है, एक बहुलक जो चार्जलेस नैनो-आकार के कण बनाता है। हाइड्रोजन पीईजी का एक प्रमुख घटक है, और झिल्ली और पीईजी को भारी पानी के घोल में डुबो कर - जो साधारण पानी के हाइड्रोजन परमाणुओं के स्थान पर ड्यूटेरियम से बना होता है - टीम यह माप सकती है कि पीईजी कण झिल्ली के कितने करीब पहुंचे। उन्होंने एनसीएनआर में न्यूट्रॉन रिफ्लेक्टोमेट्री नामक तकनीक के साथ-साथ ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी में उपकरणों का उपयोग किया। आणविक गतिशीलता सिमुलेशन के साथ, प्रयोगों ने पहले सबूत का खुलासा किया कि झिल्ली के शक्तिशाली क्षेत्र ग्रेडियेंट प्रतिकर्षण के पीछे अपराधी थे: पीईजी अणुओं को तटस्थ सतहों की तुलना में चार्ज सतहों से अधिक दृढ़ता से पीछे हटा दिया गया था। जबकि निष्कर्ष किसी भी मौलिक रूप से नए भौतिकी को प्रकट नहीं करते हैं, हूगेरहाइड ने कहा, वे एक अप्रत्याशित स्थान पर प्रसिद्ध भौतिकी को दिखाते हैं, और इससे वैज्ञानिकों को नोटिस लेने के लिए प्रोत्साहित होना चाहिए - और इसे आगे खोजना चाहिए। उन्होंने कहा, "हमें इसे अपनी समझ में जोड़ने की जरूरत है कि चीजें नैनोस्केल पर कैसे बातचीत करती हैं।" “हमने इस बातचीत की ताकत और महत्व का प्रदर्शन किया है।

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• स्रोत: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64486.php