Биоинженеры из Университета Дьюка разработали уникальный способ проникновения сквозь стенки живых клеток, который дает наномашинам неограниченные возможности забираться даже внутрь клеточных ядер. Технология позволяет не только путешествовать сквозь мембраны клеток, но и проникать в ядро, исследовать его и даже сбрасывать полезную нагрузку, например лекарства.
Ученые давно мечтают о создании наномашин, которые могли бы проникать в клетку и работать внутри нее. Однако любое инородное тело встречается с защитными механизмами организма – в первую очередь с клеточной стенкой.
Американские биоинженеры решили эту проблему, поместив наночастицу серебра в белковую оболочку ВИЧ (вирус иммунодефицита человека). Таким образом, им удалось создать уникальный инструмент: ВИЧ способен проникать в любые клетки человеческого организма, а наночастицы серебра реагируют на световые сигналы, что позволяет контролировать "наношпионов". Частицы серебра не влияют на работу клетки из-за своего крохотного размера, а оболочка ВИЧ абсолютно безопасна, так как не содержит вирусную РНК.
Размеры ВИЧ разнообразны, но в среднем его диаметр равен 100 -140 нм - достаточно для переноса полезной нагрузки
Конечной целью исследователей является создание способов адресной доставки лекарств и разработка новых методов обнаружения рака на самых ранних стадиях. Между тем, новая технология потенциально имеет огромную сферу применения – от доставки токсинов в раковые клетки и стимуляции отдельных нейронов, до генетических манипуляций с отдельно взятой клеткой. Можно себе только представить, как наномашина с "пропуском" в виде оболочки ВИЧ, перепрограммирует, например, поврежденные клетки печени или сердца в стволовые и полностью восстанавливает работу органа – один укол и смертельная болезнь исчезла за несколько дней.
Для контроля наночастиц используется старый проверенный метод спектроскопии поверхностно-усиленного рамановского рассеяния. Он обычно применяется для исследования материалов, прикрепленных к наночастицам из благородных металлов. Под воздействием лазерного облучения частицы металла от 10 до 100 нм превращаются в плазмоны, квазичастицы, которые увеличивают электрическое поле вокруг металла. Это позволяет регистрировать спектры рамановского рассеяния отдельной молекулы прикрепленного материала, например антител, нуклеиновых кислот и т.п.
Первые эксперименты американские ученые проводили с живыми клетками в лаборатории. В настоящее время они приступают к испытанию наночастиц с оболочкой ВИЧ на животных.
Надо отметить, что обезвреженный ВИЧ уже неоднократно использовался медиками в качестве средства доставки модифицированных генов. Так французским врачам удалось спасти мальчика, больного неизлечимым заболеванием под названием АДЛ (Х-сцепленная адренолейкодистрофия), которое нарушает обмен жирных кислот. Они поместили в обезвреженный вирус иммунодефицита ген, вырабатывающий необходимый протеин, инфицировали им мальчика и излечили его от смертельного недуга. В конце прошлого года препарат на основе собственных гемопоэтических стволовых клеток костного мозга, "зараженных" модифицированным вирусом ВИЧ поступил в продажу. В настоящее время АДЛ не является смертельным приговором, и ее симптомы пропадают за год с лишним, тогда как до применения модифицированного ВИЧ большинство пациентов не доживали до подросткового возраста.
