Наномоторы впервые заработали в живой клетке
Ученые смогли разместить крошечные синтетические двигатели внутри живых человеческих клеток и с помощью ультразвуковых и магнитных волн управлять их движением.
Группа биохимиков и биоинженеров из Университета штата Пенсильвания (Penn State University) впервые смогла разместить микроскопические синтетические двигатели внутри живых человеческих клеток и с помощью ультразвуковых и магнитных волн управлять их движением.
Эти крошечные двигатели впервые были разработаны учеными десять лет назад. До сих пор наномоторы не были изучены на живых человеческих клетках – только в лабораторных условиях, с помощью аппаратуры.
Прежде никто не видел, как передвигаются эти наномоторы, как они влияют на структуры внутри клеток, и как живые клетки демонстрируют внутренний механический ответ. Наше исследование является ярким доказательством того, что с помощью использования синтетических наномоторов можно будет изучать клеточную биологию по-новому. Мы могли бы использовать эти наномоторы для лечения рака и других заболеваний путём механического воздействия на клетки изнутри. Также подобные устройства в будущем смогут доставлять лекарства неинвазивно непосредственно в ткани и даже выполнять задачи внутриклеточной хирургии.
– Том Маллук, профессор материаловедения, химии и физики
Микроскопические синтетические двигатели, созданные из частиц металлов (золота и рутения), похожи по форме на ракету. Они могут передвигаться внутри клеток и разрывать клеточную мембрану – при необходимости.
Наши двигатели первого поколения работали на токсичных видах топлива, и к тому же не были способны двигаться в биологической жидкости, поэтому тогда не было никакой возможности изучить их внутри клеток человека. Это ограничение было серьёзной проблемой.
– Том Маллук
Вскоре Маллук вместе с французским физиком Морисио Ойос (Mauricio Hoyos) установили, что с помощью ультразвуковых волн наномоторы можно привести в действие.
В ходе экспериментов ученые поместили наномоторы в человеческие клетки HeLa.
HeLa – линия «бессмертных» клеток, которую получают из раковой опухоли шейки матки. В отличие от обычных клеток, имеющих предел Хейфлика – граница количества делений соматических клеток – клетки HeLa могут делиться бесконечное количество раз.
Наномоторы, помещенные в клетки HeLa, перемещались по клеточной ткани, направляемые ультразвуковыми волнами. При низкой мощности ультразвука наномоторы двигались очень медленно, оказывая минимальное воздействие на клетку. А при увеличении мощности ультразвука и, соответственно, скорости движения наномоторов, они сталкивались с органеллами, перемешивая содержимое клетки, или прокалывали клеточную стенку.
Органеллы (органоиды) – постоянные специализированные структуры в клетках живых организмов. Каждый органоид осуществляет определённые функции, жизненно необходимые для клетки. Органоиды противопоставляют временным включениям клетки, которые появляются и исчезают в процессе обмена веществ.
Наномоторы приводились в движение с помощью ультразвуковых волн, а направление движения задавалось с помощью магнита. Также ученые установили, что наномоторы могут двигаться независимо друг от друга, что очень важно для будущего практического применения.
Автономное движение может помочь наномоторам избирательно уничтожать клетки. Например, если вы хотите с их помощью искать и уничтожать раковые клетки, будет гораздо лучше, если они смогут передвигаться самостоятельно, чем ежели целая масса наномоторов будет двигаться в одном направлении. <…> Способность наномоторов влиять на живые клетки открывает огромные перспективы для медицины. В идеале однажды наномоторы смогут путешествовать внутри человеческого тела, общаться друг с другом и выполнять различные виды диагностики и лечения. Существует множество различных способов применить эту технологию в деле, и наше открытие продвинуло нас вперёд.
