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動物干細胞用于制造“電子鼻” 用于檢測爆炸物毒品和其他違禁品

文章作者:www.utbltn.icu發布時間:2020-01-10瀏覽次數:1076

每天,成千上萬訓練有素的K9狗在美國各地嗅出毒品,爆炸物和失蹤人員。這些狗對于安全是非常寶貴的,但它們也非常昂貴并且它們會感到疲倦。杜克大學的研究人員邁出了創造一種人造“機器人鼻子”裝置的第一步,該裝置由活細胞制成,可供人而不是狗使用。研究人員開發了一種基于小鼠基因的氣味受體的原型,這些原因可以響應目標氣味,包括可卡因和爆炸物的氣味。

事實證明,在實驗室培訓中測試和在實際測試中測試它們之間存在一些非常大的差異。杜克醫學院的高級研究作者,分子遺傳學和微生物學教授Hiroaki Matsunami說:“人造鼻子的想法已存在很長時間了。” “這些受體是在20世紀90年代發現的,但是產生所有這些受體和監測活性存在重大技術障礙,因此我們可以在人工裝置中使用它。” Matsunami說現有的“電子鼻”使用每種化合物來檢測氣味而不是受體干細胞。他說,這些設備“不如訓練有素的狗”。 “我們的想法是,通過使用實際的,活的受體,也許我們可以開發類似動物的裝置,”Matsunami說。 “目前還沒有人實現這一目標,但這項研究正朝著這一目標邁進。”

人類,狗和小鼠的基因組包含大約20,000個基因,這些基因包含創建蛋白質的說明,這些蛋白質可以聞到,嘗試,感覺,移動,并完成我們身體所做的一切。 Matsunami說,大約5%的小鼠基因被確定為制造氣味受體的指令。相反,人類僅使用約2%的基因來制造氣味受體。 “這些動物為此目的投入了大量資源,”Matsunami說。 “老鼠和老鼠是非常好的嗅覺;我們只是不用老鼠來檢測真實的爆炸物。有一些實際問題要做。”該研究的第一步是確定響應目標的最佳氣味受體。可卡因或大麻等氣味。

研究人員創造了一種液體介質,其中含有可以從反應中照射的分子。接下來,他們復制了大約80%的小鼠氣味受體,并將它們與培養基中的七種目標氣味化學物質混合。他們測量了產生的發光,并選擇了最佳表現的氣味受體,用于研究的第二部分,實時監測受體激活。以前的研究是通過將選定的受體暴露于液體中的氣味化學物質來完成的。但是培養皿和鼻子之間存在一些差異。首先,我們很少將鼻子浸入氣味化學品的液體浴中。相反,我們的鼻子可以檢測到漂浮在空氣中的香水或硬紗的氣味。我們的鼻子里充滿了粘液。

因此,在美國國立衛生研究院資助DC和DC以及國防高級研究計劃的RealNose項目支持的研究的后半部分,他們試圖通過向蒸氣和某些氣體暴露氣味來模仿我們如何使用鼻子酶。研究人員測試了他們為這項研究確定的受體的兩種氣味蒸汽。 “我們在論文中僅測試了其中兩個,但它展示了如何使用它,”Matsunami說。研究人員希望他們可以對設備進行微調,以測試針對許多不同氣味的所有受體。 “我們有一組受體,因此我們可以監測不同受體對各種氣味的不同反應,包括化學相似或可能與實際使用相關的氣味,如與爆炸物或藥物有關的物質,”Matsunami說。

研究人員還測試了人們可能在粘液中發現的各種酶,以了解它們如何幫助或阻止反應。這個過程比直接與氣味受體相互作用的蒸氣分子更加真實。 “你認為,當我們嗅到一種化學物質時,它會與鼻子中的化學受體結合,但它并不那么簡單,”Matsunami說。 “當化學物質在與受體結合之前溶解在鼻粘液中時,它可能會被鼻粘液中的酶轉化為另一種化學物質。”在理解我們的氣味方面,粘液是一個未知的前沿。據報道,重建鼻粘液的關鍵部分可能是構建人工鼻子的下一步。 “我們的論文不會立即應用于機場使用的便攜式設備,但這是向前邁出的重要一步,表明它是可能的,”Matsunami說。 “我們可以更清楚地看到用什么障礙來讓社區創建這樣的設備。”

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