Svanens halseffekt. Spontan generation – tanken att levande organismer som larver uppstår från död materia – bestod in på 1800-talet eftersom människor som försökte testa det hade problem med experimentell design. De var särskilt upprörda av luften. Ska luft inkluderas eller uteslutas från kolven som innehåller en närande buljong? Luft kan vara nödvändigt för spontan generering, som det är för förbränning, eller det kan sväva i mikroorganismer vars närvaro skulle ogiltigförklara ett positivt resultat. Så spontan generation, en idé som är bekant för Aristoteles, motbevisades inte definitivt förrän den franska forskaren Louis Pasteur på 1800-talet kom med en experimentell design som skilde luftens två roller åt. Han kokade buljong i en kolv, värmde sedan upp halsen på kolven och böjde den till en svanhals. Luft kan komma in i kolven, men mikroorganismer i luften slog sig ner i nackens böjning. Buljongen förblev klar, definitivt bevisa att livet inte uppstår spontant och bara kommer från livet. Yassine Mrabet/Wikimedia Commons
(PhysOrg.com) -- Som vilken bänkforskare som helst kommer att berätta för dig, experimentell design kan vara själva djävulen. Försök som man kan, det kan vara svårt att känna igen, mycket mindre eliminera, de många främmande faktorer som kan påverka ett experiment. Och okända förvirrande faktorer kan ogiltigförklara år av arbete.
Så forskarna oroar sig. Nyligen började forskaren Younan Xia från Washington University i St. Louis oroa sig för in vitro-experiment som hans labb gjorde för att studera upptaget av nanopartiklar av levande celler.
I laboratoriet, cellerna pläterades alltid på botten av en skål och odlingsmediet innehållande nanopartiklar tillsattes från toppen.
"Folk antog att om de förberedde en avstängning, suspensionen skulle ha samma koncentration överallt, inklusive på ytan av cellerna, säger Xia, PhD, James M. McKelvey professor vid institutionen för biomedicinsk teknik, säger.
Ett batteri av experiment i Xias labb med både upprättstående och inverterade uppställningar visade att nanopartiklar över vissa storlekar och vikter kommer att sätta sig ut. Så koncentrationer av nanopartiklar nära cellytorna skiljer sig från dem i bulklösningen och cellupptagningshastigheten är högre.
Denna fråga är viktig eftersom forskare aktivt undersöker användningen av nanopartiklar som vehiklar för leverans av läkemedel eller gener till celler.
För dessa applikationer, beräkningar av den dos som partiklarna faktiskt förmedlar till cellerna är avgörande.
Experimenten i Xias labb jämförde den vanliga experimentuppställningen (nederst) med en inverterad uppställning (överst). Nanopartikelupptaget i de två uppsättningarna skiljer sig endast om förhållandet mellan krafterna som driver sedimentationen (S) och de som driver diffusionen (D) är olika. I den situation som visas här har de upprättstående cellerna tagit upp fler nanopartiklar än de inverterade. BILD:YOUNAN XIA/WUSTL
Som forskarna drar slutsatsen i Naturens nanoteknik artikel som beskriver experimenten, "Studier om cellulärt upptag av nanopartiklar som har utförts med celler i upprätt konfiguration kan ha gett upphov till felaktiga och missvisande data."
Topsies och Turveys
Hittills har nanopartiklar antagits vara väl spridda i odlingsmediet eftersom de är tillräckligt små för att lätt kunna lyftas upp av Brownsk rörelse, den slumpmässiga rörelsen av molekylerna i mediet.
Därför ansåg forskare att de säkert kunde anta att koncentrationen av nanopartiklar i vätskan bredvid cellerna, som driver cellupptaget, var samma som den initiala koncentrationen av nanopartiklar i mediet.
"Vi började undra, dock, eftersom våra nanopartiklar är gjorda av guld, säger Xia. "Guld är giftfritt men det är också väldigt tungt, så det var tänkbart att relativt stora nanopartiklar kunde sätta sig."
Eftersom det är omöjligt att mäta den exakta koncentrationen av guldnanopartiklar vid ytan av en cell, Xia och medarbetare designade ett enkelt experiment för att tydligt se skillnaden i koncentration som orsakas av sedimentering.
Xias labb testade guld nanosfärer i tre storlekar, nanocages med två kantlängder, och nanorods, vissa med ytbeläggningar som plockar upp serumproteiner i lösning och andra belagda med en kemikalie som fungerar som antifouling-medel.
Efter att cellerna inkuberats i det nanopartikelbärande mediet, koncentrationen av nanopartiklarna mättes spektroskopiskt och sedan beräknades antalet partiklar varje cell hade tagit upp.
I litteraturen, Xia säger, det finns rapporter om att det cellulära upptaget av nanopartiklar beror på nanopartiklarnas storlek, form och ytbeläggning.
Hans labbs experiment visade att dessa egenskaper är sekundära, relevanta endast i den mån de påverkar nanopartiklarnas sedimentations- och diffusionshastigheter.
För små, lätta partiklar, det fanns ingen skillnad mellan cellerna i den upprättstående och den inverterade konfigurationen. Vid större, tyngre partiklar, dock, sedimentation dominerade, och de upprättstående cellerna tog in fler nanopartiklar än de inverterade cellerna.
"Allt tidigare arbete kan behöva omvärderas för att ta hänsyn till effekterna av sedimentering på nanopartikeldosimetri, ” avslutar författarna.
"Det skiljer sig inte från mediciner som måste skakas för att suspendera ett pulver i vatten. Om du inte skakar flaskan, " Xia säger, "Det slutar med att du under- eller överdoserar dig själv."
