Нановзрывы помогут доставить лекарства внутрь клетки

Углеродные наночастицы могут играть роль своеобразных<наноснарядов>— под действием направленного на них лазерного пучка они взрываются и проделывают крошечные отверстия в клеточных мембранах, позволяя доставлять небольшие молекулы терапевтических агентов — протеинов, ДНК и т. п. — непосредственно внутрь клетки. Клеточные мембраны заживают достаточно быстро. Таковы результаты исследования, опубликованного в журнале Nature Nanotechnology.

Ученым удалось подобрать экспозицию света таким образом, что молекулы-маркеры оказались в 90% клеток-мишеней, из которых 90% остались биологически активны. В дальнейшем этот метод позволит доставлять внутрь клеток широкий набор лекарств, внедрение которых в организм до настоящего времени было невозможным, утверждает Марк Праузнитц, профессор Школы химической и бимолекулярной инженерии в Технологическом университете Джорджии.

Используя<нановзрывы>частиц сажи, ученые<пробивают>небольшие отверстия в клеточных мембранах, это способствует внедрению лекарственных препаратов внутрь клетки.

<Разработанный метод позволит нам доставлять внутрь клеток широкий набор лекарственных препаратов, внедрение которых до настоящего времени было невозможным>, — говорит Марк Праузнитц.<Одно из наиболее важных применений новой технологии — многообещающие препараты для генной терапии, применение которых пока весьма ограничено рядом трудностей, связанных с преодолением защитных механизмов, не позволяющих достаточно длинным молекулам ДНК или РНК попадать из межклеточной жидкости внутрь клетки>.

Другие подходы, представляющие интерес исследователей, включают в себя использование<одомашненных>вирусов, часть ДНК которых заменена на терапевтический ген, а также импульсное воздействие электрическим полем или ультразвуком, заставляющее клетку открывать на время свои поры.

Новая техника имеет более высокий потенциал с точки зрения эффективности введения препарата и безопасности пациента, однако на сегодня требуются дополнительные ее клинические испытания, говорят исследователи.

В работе ученые использовали частички сажи со средним размером 25 нм. Смесь сажи и терапевтических агентов вводили в межклеточную жидкость, после чего облучали участок организма инфракрасным фемтосекундным лазером с частотой около 90 миллионов импульсов в секунду. Наночастицы поглощают энергию света, нагреваются и нагревают межклеточную жидкость вокруг себя. Образующийся пар реагирует с наночастицами, образуя газообразный водород и окись углерода.

Пузырьки, наполненные этими газами, растут по мере накачки энергии. При выключении лазера они схлопываются, образуя ударную волну, которая и пробивает отверстия в клеточных мембранах окружающих клеток, заживающие в течение секунды. Однако этой секунды хватает для проникновения внутрь клетки лекарственного препарата.

Попытки использовать углеродные нанотрубки вместо сажи показали, что нанотрубки обладают гораздо более низкой реакционной способностью из-за своей упорядоченной структуры.

Чрезвычайно важную роль в описанной технологии играет реакция углерода с паром межклеточной жидкости, поскольку замена сажи наночастицами золота также приводила к гораздо меньшему внедрению терапевтических агентов внутрь клеток.

Также было показано, что молекулы ДНК, внедренные в клетку, остаются функционально активными: при введении плазмид с геном производства люциферазы в пораженные раком клетки, производство люциферазы в них увеличивалось в 17 раз.

В будущем ученые планируют заменить сверхбыстрый лазер более дешевым инструментом. Также они попытаются оптимизировать свойства наночастиц для достижения более высокого коэффициента поглощения света.

По мнению профессора Праузнитца, оставшиеся в организме наночастицы сажи не должны привести к побочным эффектам, хотя вывод их из организма представляет собой определенную проблему.

Источник: Информнаука со ссылкой на Physorg