تقلید از ماهی مرکب برای نامرئی‌کردن سلول‌های انسان

نوعی ماهی مرکب توانایی فوق‌العاده‌ای دارد که نه‌تنها می‌تواند رنگ پوست خود را تغییر دهد؛ بلکه می‌تواند بخش‌هایی از خود را نامرئی کند. اکنون دانشمندان این قابلیت را روی سلول‌های انسانی آزمایش کرده‌اند. پژوهشگران با استفاده از پروتئین‌های خاص موجود در سلول‌های این ماهیان مرکب متغیر موفق شدند آن‌ها را در سلول‌های همه‌ی انسان به‌کار برند. یافته‌های آن‌ها می‌تواند به درک بهتر مکانیسم‌های سلولی مختلف در بافت زنده کمک کند. آترولی چاترجی، مهندس مولکول‌های زیستی از دانشگاه کالیفرنیا توضیح می‌دهد: «پروژه‌ی ما بر طراحی و مهندسی سیستم‌های سلولی و بافت‌های دارای ویژگی‌های قابل‌‌کنترلِ انتقال و بازتاب و جذب نور متمرکز است».

یک ماهی مرکب ماده همراه با تخم‌هایش

ماهیان مرکب، تنها جانورانی نیستند که از ویژگی پوست شفاف استفاده می‌کنند. درحالی‌که مارمولک‌های پرنده (Draco sumatranus) از شفافیت پوست خود برای جلب‌توجه استفاده می‌کنند، نوعی ماهی مرکب (Doryteuthis opalescens) از این ویژگی برای اجتناب از توجه ناخواسته استفاده می‌کنند. ماده‌های این گونه از ماهی مرکب می‌توانند نوار سفیدی که در پشت خود دارند، از سفید مات به حالت تقریبا شفاف تبدیل کنند. آن‌ها این کار را با استفاده از سلول‌های تخصصی به‌نام لوکوفورها انجام می‌دهند که ذرات غشایی دارند و از پروتئین‌های رفلکتین ساخته شده‌اند. بسته به نحوه‌ی آرایش این پروتئین‌ها، آن‌ها می‌توانند نحوه‌ی انتقال یا بازتابش نور در اطراف خود را تغییر دهند. این فرایندی تصادفی نیست؛ زیرا ماهی‌های مرکب با استفاده از ماده‌ی شیمیایی آلی به‌نام استیل‌کولین، می‌توانند چیدمان این پروتئین‌های به‌شدت بازتابگر را درون سلول‌های خود تغییر دهند.

پژوهشگران برای آزمایش این ترفند در بافت انسانی، سلول‌های تمام انسان را به‌صورت ژنتیکی برای تولید رفلکتین‌ها مهندسی کردند که به‌صورت ذرات نامنظم در سیتوپلاسم سلول جمع شدند. آلون گورودتسکی، مهندس زیست‌پزشکی در دانشگاه کالیفرنیا گفت:

شگفت‌زده شدیم که این سلول‌ها نه‌تنها رفلکتین را بیان می‌کردند؛ بلکه پروتئین را در نانوساختارهای کروی بسته‌بندی و آن‌ها را در سرتاسر سلول توزیع می‌‌کردند.

پژوهشگران با استفاده از میکروسکوپ فاز کمی نشان دادند این پروتئین‌ها نحوه‌ی پراکنش نور از سلول‌های مهندسی‌شده را تغییر دهند. آن‌ها سپس سلول‌های بیان‌کننده‌ی رفلکتین را درمعرض سطوح متفاوتی از سدیم‌کلرید قرار دادند و دریافتند می‌توانند به این شیوه سطوحی از نوری را تنظیم کنند که منتقل می‌شود؛ زیرا نمک موجب تورم اندازه‌ی ذرات می‌شود و نحوه‌ی آرایش آن‌ها را تغییر می‌دهد. هرچه نمک بیشتر شود، نور بیشتر پراکنده و سلول‌ها مات‌تر می‌شود. سلول‌های کلیوی اکنون قابلیت تنظیم عبور و بازتاب نور را دارند.

پژوهشگران مطالعه‌ی حاضر می‌گویند موفقیت آن‌ها زمینه‌ساز تلفیق دیگر ترفندهای ماهیان مرکب در سلول‌های پستانداران مانند تغییر الگوهای رنگ و حالت رنگین‌کمانی است. این پیشرفت همچنین به پژوهشگران این امکان را خواهد داد تا مکانیسم‌های پشت‌صحنه‌ی چنین توانایی‌هایی را کشف کنند؛ چراکه تاکنون کشت سلول‌های پوستی سفالوپودها در آزمایشگاه بسیار دشوار بوده است. کاربردهای احتمالی آینده می‌تواند شامل توانایی تصویربرداری از کل بافت‌های زنده با وضوح بیشتر باشد و به ما این امکان را می‌دهد چیزهایی را پیدا کنیم که قبلا آشکار نبودند. این تیم خاطرنشان کرد چگونه مطالعات مشابه درباره‌ی پروتئین‌های فلوئورسانس سبز عروس دریایی به ابداع میکروسکوپ فلوئورسانس منجر شد که امروزه رایج است. نتیجه‌گیری پژوهشگران بدین‌ترتیب بود: «یافته‌های ما ممکن است فرصت‌ها و امکان‌های هیجان‌انگیزی را در زمینه‌های زیست‌شناسی و مهندسی مواد و مهندسی زیستی مهیا کند».

نتایج این پژوهش در مجله‌ی Nature Communications منتشر شده است.