Российские учёные сделали важный шаг на пути к созданию медицинских нанороботов, которые могут действовать в живом организме. Они "научили" наночастицы производить логические вычисления с помощью биохимических реакций. Такая технология может стать основой для создания новых методов диагностики и лечения тяжёлых болезней.
Результаты работы специалистов Института общей физики имени Прохорова, Института биоорганической химии имени Шемякина и Овчинникова и Московского физико-технического института (МФТИ) опубликованы в одном из самых цитируемых мировых научных журналов Nature Nanotechnology. Это первая за несколько лет экспериментальная работа, сделанная исключительно российским коллективом и опубликованная в таком журнале, отмечается в пресс-релизе МФТИ.
Логические операции внутри клеток или в искусственных биомолекулярных системах рассматриваются многими учёными как путь к созданию микро- и нанороботов, способных, например, доставлять лекарство строго "по расписанию" в те места организма, где оно необходимо.
Двоичными вычислениями на основе молекул нуклеиновых кислот и белков во всём мире занимаются уже более десяти лет. При этом логические операции выполняются внутри клеток за счёт имеющегося вних инструментария. А вот вычисления вне клеток реализовать сложнее. За пределами клетки никаких естественных структур, которые могли бы помочь провести вычисления, нет.
Но в опубликованной российскими учёными работе впервые предложен и экспериментально подтверждён способ, в котором любая логическая функция может быть выполнена нано- или микрочастицей.
Как поясняют учёные в своей работе, их труд развивает идею вычислений при помощи биомолекул. Если в электронных цепях логические элементы оперируют током или напряжением, то в биохимических системах на выходе может быть, например, появление какого-то определённого вещества, которое может осуществлять терапевтическое воздействие на биологические системы.
В данном случае наночастицы выполняют определённые функции благодаря специально подобранному по составу внешнему слою, который по-разному "разбирается" при наличии определенного вещества, действующего как сигнал на входе логического элемента.
Учёные продемонстрировали возможность применения этих наночастиц для адресного воздействия на раковые клетки. Учёные получили не просто наночастицы, которые могут связываться с клетками определенного рода, а частицы, которые начинают искать клетки-мишени при одновременном выполнении двух разных условий, при наличии или отсутствии вокруг двух разных молекул.
Такой дополнительный контроль (какой клетке-мишени отдать лекарство) в будущем может пригодиться для более точного уничтожения раковых клеток с минимальными последствиями для здоровых тканей и органов, полагают авторы работы.
