Презентация на тему "НАНОТЕХНОЛОГИИСТВОЛОВЫХ КЛЕТОК"

Содержание

• 
  Слайд 1

  НАНОТЕХНОЛОГИИСТВОЛОВЫХ КЛЕТОК

• 
  Слайд 2
  

  Новые наноматриксы для клеточных культур In vitro дифференцировка стволовых клеток происходит благодаря добавлению в культуральную среду особых индукторов, химических веществ. При этом не вся популяция клеток проходит этапы дифференцировки, что неприемлемо для целей клеточной терапии. Группа исследователей из Northwestern University (США) разработала способ дифференцировки клеток без применения химических веществ, изменяя лишь физические параметры. При помещении МСК на поверхность, созданную с помощью сканирующей зондовой литографии и повторяющую трехмерную структуру матрикса, на котором растут клетки in vivo,  мезенхимные стволовые клетки дифференцируются в остеобласты без добавления специальных индукторов. При развитии данного направления исследований станет возможным направить стволовые клетки в любой тип дифференцировки.

• 
  Слайд 3

  Принцип действия сканирующего зондового микроскопа

• 
  Слайд 4

  Нанолитография

  Варианты сканирующей зондовой нанолитографии: механическое изменение поверхности образца изменение химических свойств поверхности

• 
  Слайд 5
  

  Основным инструментом является раскаленное наноострие, локально выпаривающее материал в тонком приграничном слое образца. Зонд имеет длину порядка 500 нм, диаметр его острия – несколько нанометров. . Трехмерная модель вершины Маттерхорн (Швейцария), созданная при помощи сканирующей зондовой литографии

• 
  Слайд 6
  

  Для «быстрой» нанолитографии не требуется вакуум. Нанесение литографических изображений может проводиться в воздушной и жидкой среде. Роль иглы выполняет кремниевый зонд атомно-силового микроскопа (АСМ), который, разогреваясь до температуры более 1000ºС, проходит по поверхности тонкой полимерной пленки. Тепло зонда вызывает химическую реакцию, изменяющую химические свойства пленки таким образом, что прочерченная зондом дорожка становится из гидрофобной гидрофильной. Термохимическая («быстрая») нанолитография (Thermochemical nanolithography – TCNL) Предельное разрешение термохимической нанолитографии – около 12 нанометров.Цикл нагревания/остывания зонда – до 1 млн раз/сек

• 
  Слайд 7
  

  Ученые университетов Глазго и Саутгемптона создали наноструктурированный пластик способом литья под давлением, аналогичным тому, который используется в производстве Blu-ray дисков. Поверхность пластика покрыта 120-нанометровыми лунками. Рост МСК из костного мозга на таком пластике поддерживается в течение 8 недель, клетки сохраняют характеристики стволовых. Культура МСК Это означает, что физическая поверхность, на которой выращиваются клетки, оказывает влияние на их фундаментальную биологию

• 
  Слайд 8

  МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МОТОРЫ

• 
  Слайд 9
  

  Биологические моторы - белки и белковые комплексы, генерирующие механическое усилие для осуществления движения клеток, внутриклеточного транспорта и других биологических процессов Молекулярные двигатели (роторы) — наноразмерные машины, способные осуществлять вращение при приложении к ним энергии Термин «молекулярный двигатель» применяется для обозначения как органических, так и неорганических молекулярных двигателей О возможности создания молекулярных моторов впервые заговорил Ричард Фейнман в 1959 г Ричард Фейнман (1918-1988). Один из создателей квантовой электродинамики. Лауреат Нобелевской премии по физике (1965)

• 
  Слайд 10
  

  Молекулярный двигатель (ротор) - устройство, преобразующее энергию в движение. Осуществляет повторяющиеся однонаправленные вращательные движения, происходящие при подаче энергии АТФ-синтаза митохондрий жгутиковый комплекс бактерий Молекулярные линейные моторы – моторные белки миозины кинезины динеины динактины Сокращение мышц, движение немышечных клеток, деление клеток, эндоцитоз, экзоцитоз, внутриклеточный транспорт Моторные белки выполняют механическую работу, перемещаясь в одном направлении вдоль компонентов цитоскелета, с использованием АТФ Моторные белки, совершающие перемещения при работе с молекулами ДНК ДНК-полимераза РНК-полимераза топоизомераза

• 
  Слайд 11
  

  Механические параметры биологических моторов  

• 
  Слайд 12
  

  Первое создание молекулярного ротора: Росс Келли (1999). Его двигатель выполнял однонаправленные вращения в плоскости 120 ° с использованием химической энергии Лаборатория Бена Феринги (1999) создала однонаправленный молекулярный ротор вращения на 360 °. Один цикл однонаправленного вращения занимает 4 этапа. Недостаток - низкая скорость вращения. В системах с фтор-группами половина термической инверсии спирали молекулы осуществляется за 0,005 сек Цикл вращения в управляемых светом молекулярных роторах Феринги Принципы работы молекулярного ротора Феринги были включены в прототип наноробота

• 
  Слайд 13

  Сканирующая туннельная микроскопия:

  Токопроводящее острие зонда приближают к образцу на расстояние около 1 нм. На таком расстоянии электроны туннелируют сквозь щель между острием и объектом Наномасштабные молекулярные моторы могут быть приведены в движение путем резонансного или нерезонансного туннелирования электронов

• 
  Слайд 14
  

  Нанороторы с использованием туннелирования электронов были разработаны в лаб. Петера Крала (Чикагский университет, Иллинойс) Конструкция помещается между 2 электродами из проводящих молекул. При подаче напряжения электроны туннелируют на фуллерены и создают вращающий момент, который приводит ротор в движение. Такой ротор сможет вращаться в миллион раз быстрее протонных биомоторов. Ось ротора - углеродная нанотрубка. К оси присоединены 3 или 6 "балок" из длинных молекул с фуллеренами на концах.

• 
  Слайд 15
  

  Ученые из Университета Тафтса создали первый работающий электронаномотор Самый маленький в мире наномотор представляет собой молекулу, расположенную на медной подложке. Молекула состоит из атома серы, от которого отходит две "руки", составленные из атомов углерода и водорода. Над молекулой находится игла сканирующего туннельного микроскопа, которая играет роль отрицательного полюса питания для мотора. Размеры системы - около 1нм. Под воздействием электронов, попадающих на молекулу с иглы микроскопа, мотор вращается вокруг вертикальной оси, что приводит к поступательному движению молекулы. При рабочей температуре количество оборотов - 50 в секунду.

• 
  Слайд 16
  

  АТФ-синтетаза катализирует синтез и гидролиз молекул АТР в энергопреобразующих мембранах клеток растений, животных и бактерий. Мембранная часть (гидрофобный белковый комплекс) - фактор сопряжения F0 Выступающая из мембраны сферическая часть - фактор сопряжения F1 В хлоропластах АТФсинтаза встроена в мембраны тилакоидов В митохондриях АТФсинтаза встроена во внутреннюю мембрану, а комплекс F1 обращен в сторону матрикса Способность синтезировать ATP - свойство единого комплекса F0F1, что сопряжено с переносом протонов через F0 в сторону F1 Движущая сила для работы АТФ-синтаз - протонный потенциал, создаваемый на мембране в результате работы цепи электронного транспорта

• 
  Слайд 17

  Ротор и статор АТФ-синтазы

  Статорвключает в себя шарообразный гексамер, образованный тремя субъединицами α   и тремя субъединицами β F0.Ротор состоит из субъединиц γ и ε комплекса F1. Для того, чтобы провернуть ротор внутри статора и, тем самым, заставить АТФ-синтазу сделать молекулу АТФ, необходим внешний источник энергии. Когда АТФ-синтаза работает в режиме синтеза АТФ, движущей силой для ее работы является энергия ионов водорода, переносимых через сопрягающую мембрану за счет протонного потенциала. Поток протонов происходит через специальный канал. При работе АТФ-синтазы в режиме гидролиза АТФ источником энергии для вращения ротора служит энергия, запасенная в молекуле АТФ. За расшифровку пространственной структуры F1 Джеймс Уокер в 1997 г. был удостоен Нобелевской премии по химии

• 
  Слайд 18
  

  Вращающийся мотор бактерий Вращающий момент возникает за счет взаимодействия белков Мot B с Мot А, расположенными на статоре электромотора. В состав субъединицы Мot А входят два несоосных протонных полуканала. Путь переноса протонов через мембрану проходит через протонные полуканалы субъединиц Мot А и Мot В. В результате переноса протонов через Мot А и Мot В, направленного внутрь бактерии, происходит вращение ротора

• 
  Слайд 19

  Движение бактерий (фильм)

• 
  Слайд 20
  

  АТФаза обеспечивает передачу энергии молекулярному мотору, ответственному за упаковку ДНК бактериофага Т4 в капсид (головку вируса). Молекулярный мотор, управляющий упаковкой ДНК вируса, располагается в том месте бактериофага, где его «голова» связывается с «хвостом». После окончания фазы упаковывания ДНК в капсид мотор «отключается», позволяя хвосту вируса прикрепиться к голове Благодаря одноименным (отрицательным) зарядам азотистых оснований, нуклеотиды ДНК отталкиваются при сближении, создавая повышенное давление в ограниченном пространстве капсида. Функция молекулярного мотора заключается в противодействии этому давлению для успешного погружения ДНК в белковую оболочку Бактериофаг

• 
  Слайд 21
  

  Аксонема

• 
  Слайд 22
  

  Аксонема

• 
  Слайд 23
  

  Молекулярные моторы шагающего типа (внутриклеточный транспорт): Тубулин-кинезиновый – транспорт к «+» концумикротрубочки (например, перемещение хромосом)Тубулин-динеиновый – к «–»(например, в аксоне)

• 
  Слайд 24

  Тубулин-кинезиновый мотор (фильм)

• 
  Слайд 25

  Тубулин-динактиновый (динеин-динактиновый) мотор(шагающего типа)

  Цитоплазматический динеин в комплексе с динактином осуществляет внутриклеточные перемещения эндосом, органелл вдоль микротрубочек. Участвует в формировании веретена деления, цитокинезн, перемещении хромосом, установлении положения ядра, аксоногенезе. Динактин – комплекс из 10 полипептидов Mr 22–150 кД В качестве карго могут выступать липидные капли, вирусные капсиды

• 
  Слайд 26
  

  Для внутриклеточного транспорта с участием линейных моторов тубулин-кинезиновый тубулин-динеиновый тубулин-динактиновый (динеин-динактиновый) используются микротрубочки

• 
  Слайд 27
  

  Акто-миозиновый мотор (шагающего типа):внутриклеточный транспорт с участием миозина V и актиновых микрофиламентов (Department of Physics, Waseda Univ., Tokyo)