Впервые команде биохимиков и биоинженеров из университета Пенсильвании (Penn State University) удалось разместить крошечные синтетические двигатели внутри живых человеческих клеток, а затем управлять их движением с помощью ультразвуковых и магнитных волн.
Впервые эти микроскопические двигатели были разработаны десять лет назад исследовательской группой также из университета Пенсильвании, возглавляемой химиком Аюсманом Сеном (Ayusman Sen) и физиком Винсентом Креспи (Vincent Crespi).
Прежде наномоторы были изучены лишь в лабораторных условиях, с помощью аппаратуры, а не живых человеческих клеток.
"Прежде никто не видел, как передвигаются эти наномоторы, как они влияют на структуры внутри клеток и как живые клетки демонстрируют внутренний механический ответ, – говорит Ток Маллук (Tom Mallouk), профессор материаловедения, химии и физики. – 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".
Наномоторы, созданные из частиц металлов (золота и рутения), напоминающих по форме ракеты, способны передвигаться внутри клеток и при необходимости разрывать клеточную мембрану.
"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, – рассказывает Маллук. – Это ограничение было серьёзной проблемой".
Когда же Маллук с помощью французского физика Морисио Ойоса (Mauricio Hoyos) обнаружил, что наномоторы можно привести в действие с помощью ультразвуковых волн, дверь к изучению этих устройств в среде живой системы была, можно сказать, открыта.
Для своих экспериментов команда использует клетки HeLa – "бессмертную" линию клеток, получаемых из раковой опухоли шейки матки. Эти клетки способны делиться бесконечное число раз и часто используются в научных исследованиях. В них были помещены наномоторы, которые затем перемещались по клеточной ткани, направляемые ультразвуковыми волнами. Маллук объяснил, что при низкой мощности ультразвука наномоторы не имеют сильного влияния на клетку, но когда же мощность увеличиваются, устройства начинают быстро двигаться, врезаясь в органеллы — структуры, выполняющие внутри клеток определённые функции. То есть по сути наномоторы действуют как тараны, рушащие в том числе мембрану клетки.
В то время как ультразвук контролирует, как двигаются наномоторы (вперёд или вращаются на месте), направление и дальность их движения изменяется при помощи магнитов. Маллук и его коллеги также обнаружили, что наномоторы способны двигаться независимо друг от друга – такая способность имеет крайне важное значение для будущего практического применения.
"Автономное движение может помочь наномоторам избирательно уничтожать клетки, – поясняет учёный. – 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, – продолжает он. – 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".
Подробности были опубликованы в журнале Angewandte Chemie International Edition.
Также по теме:
Компания IBM создала процессор на сверхплотном массиве нанотрубок
Нанотехнологии позволили напечатать изображение с фантастическим разрешением
Учёные впервые различили химические связи внутри молекулы
Жидкие кристаллы с бактериями стали новой формой активного вещества
Нанотехнологии помогут в лечении рака
