信号検出？

子供、芝刈り機、飛行機、電車、自動車など、ほとんどすべてが騒がしい。 そして、カリフォルニアの2人の科学者が正しければ、生細胞もそうです。 ナノテクノロジーのフロンティア科学を使用した最近の実験で、研究者たちは、酵母細胞はある種の鳴き声を発し、哺乳類細胞は別の鳴き声を発するかもしれないという証拠を発見しました。 この研究はまだ予備的ではあるが、ある科学者が言うように「革命的」である可能性があり、可能性のある、明らかに遠い医療応用がすでに追求されている：いつか、あなたの細胞が伝える音を聞いて考える医師は、症状が現れる前に、あなたが健康であるか病気になりそうかを問わず。

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細胞音の研究の創始者、または彼がそれを呼ぶ「音響細胞学」は、分子構造に関する美術館の展示に貢献した52歳のUCLAの化学者であるジム・ギムゼウスキーです。 細胞の音のアイデアは、医学研究者が彼に、生きた心臓細胞を適切な栄養素を含むペトリ皿に入れると、細胞は脈動し続けるだろうと言った後、彼に思いついた。 Gimzewskiは、すべての細胞が破れる可能性があるのではないかと考え始めました。 結局のところ、音は単に分子を押す力の結果であり、鼓膜に当たると広がり、記録する圧力波を作り出します。 彼はまた、細胞によって生成されたノイズは聞こえないが、特に敏感な機器によって検出されるかもしれないと推論した。

Gimzewskiはこの問題に取り組むのに非常に適しており、計装の専門家であり（彼自身の顕微鏡を構築しました）、極小の世界の自宅でも快適です。 ナノテクノロジーのリーダー、または個々の原子と分子を操作して顕微鏡マシンを構築する科学のリーダーであったGimzewskiは、以前スイスのチューリッヒにあるIBMの研究所で働いていました。そこで彼と彼の同僚は、回転する分子プロペラ1.5ナノメートル（直径0.0000015ミリメートル）を構築しました。 また、世界最小のそろばんを構築しました。そろばんは、ビーズとして、直径が1ナノメートル未満の個々の分子を持ちました。 他に何もなければ、かなりの称賛を集めた偉業は、ナノテクノロジーの大いに誇張された約束が現実に基礎を持っていることを示しました。

音響細胞学への最初の進出のために、GimzewskiはUCLAの生化学の同僚から酵母細胞を入手しました。 （彼は「見た目がよかった」と、彼が細胞を望む理由を説明したときに思い出す。）大学院生のアンドリュー・ペリングと協力して、Gimzewskiは原子間力顕微鏡（AFM）と呼ばれるナノテクノロジーツールで細胞ノイズをテストする方法を考案しました。 通常、AFMは、非常に小さなプローブ自体を通過させることで細胞の視覚画像を作成します。非常に小さいプローブ自体は細胞表面上で顕微鏡で観察され、細胞膜のすべての隆起と空洞を測定します。 コンピューターはデータを画像に変換します。 しかし、UCLAの研究者は、AFMの小さなプローブを固定位置に保持し、「記録針のような」細胞膜の表面に軽く置いて、音を発する振動を検出しました。

このペアは、細胞壁が3ナノメートル（上下に約15個の炭素原子が積み重なっている）上下し、1秒あたり平均1, 000回振動することを発見しました。 セル壁が移動する距離によって音波の振幅または音量が決まり、上下の移動速度がその周波数またはピッチになります。 酵母細胞の音の大きさは聞こえるには小さすぎますが、ギムゼウスキはその周波数は理論的には人間の聴力の範囲内であったと言います。 「つまり、音量を上げるだけです」と彼は付け加えます。

研究者がテストした酵母細胞の頻度は、常に「音楽の点で中央のCを超えてDからD程度」と同じ高範囲でした。 酵母細胞にアルコールを振りかけて殺すとピッチが上がりますが、死んだ細胞は、ランダムな原子の動きの結果であるとGimzewskiが言っている低い、ゴロゴロという音を発します。 ペアはまた、遺伝子変異を持つ酵母細胞は、通常の酵母細胞とはわずかに異なる音を出すことを発見しました。 この洞察は、細胞の遺伝的構造の変化に起因すると考えられている癌などの疾患の診断に、最終的にこの手法が適用される可能性を促しています。 研究者たちは、酵母細胞よりもピッチが低い骨細胞を含むさまざまな種類の哺乳類細胞の試験を開始しました。 研究者は理由を知りません。

ギムゼウスキーとペリングの音響細胞学の研究を知っている科学者はほとんどいません。 （研究者は、彼らの発見を出版のために査読付きジャーナルに提出しました。）口コミは、懐疑と感嘆を促しました。 研究に精通した科学者、ドイツのミュンヘンにあるルートヴィヒ・マキシミリアン大学の応用物理学の議長であるヘルマン・ゴーブは、ギンゼフスキーが細胞振動であると信じている音は他の起源があるかもしれないと言います。 「この振動の原因がセル内で見つかる場合、これは革命的で、壮観で、信じられないほど重要です」とGaub氏は言います。 「しかし、除外する必要がある細胞外の多くの潜在的な（音）ソースがあります。」 ペリングはそれに同意し、彼とギムゼフスキーは、細胞に浸っている液体中の他の分子、または顕微鏡自体の先端でさえ、プローブが拾う振動を生成している可能性を排除するテストを行っていると言います。

カリフォルニア大学サンタバーバラ校の神経科学者および生物物理学者のラトネシュ・ラルは、皿で生き続けた心臓細胞の脈動を研究しており、細胞が音を出すかどうかを確立するには鍵となる可能性があると言います。 「究極の希望はこれを診断と予防に使用することです」とLal氏は言います。「世界にそれをできる人がいれば、彼もできます。」

Gimzewskiは、さらに多くの作業を行う必要があることを認めています。 一方、この発見は、UCLAの同僚である白血球の一種であるリンパ球の癌を専門とする病理学者Michael Teitellの注目を集めました。 彼は、人間とマウスの筋肉細胞と骨細胞を薬物と化学物質にさらし、遺伝的および物理的変化を引き起こしています。 次に、Gimzewskiは、変更されたセルを「リッスン」し、音で区別しようとします。

Teitell氏によると、最も初期の細胞段階で癌を検出するという考えはエキサイティングですが、この技術が診断ツールとして機能するかどうかはまだわかりません（または聞いていない）。 彼は、「これらのすべての信号が、一方を他方から明確に識別することができないほどのミッシュマッシュであることが判明する可能性がある」という考えを売り込みたくありません。

Gimzewskiは、この作業が実用化されることを望んでいますが、狩りと同様に獲物にも興奮しています。 「結果がどうであれ、私は主に、細胞運動の現象に対する好奇心と興奮に駆り立てられています。自然がそのようなメカニズムを作り出し、これらの美しい音が何を意味するかを深く理解しました。」 彼は、細胞の新しい特徴を発見したという単なる可能性は、すべての興味をそそる疑問を提起して、「すでに十分な贈り物以上のものだ」と彼は言う。