Химики из университета ИТМО создали уникальные наночастицы-«трансформеры», меняющие свою структуру при подсветке лазером, что позволяет их использовать в качестве своеобразных «гранат» для борьбы с опухолями. Их описание было представлено в журнале Bioconjugate Chemistry.
«Данное направление интересно не только для доставки лекарств, но и создания компьютера, в котором вместо обычных кремниевых чипов будут использоваться биологические молекулы. Это откроет дорогу для высокоточного контроля химических процессов, «умных» лекарств и управления молекулярными машинами», – заявила Екатерина Скорб из Университета ИТМО в Санкт-Петербурге, чьи слова приводит пресс-служба Российского научного фонда.
В последние годы зарубежные и российские ученые все чаще пытаются применять различные наночастицы для борьбы с раком, инфекционными заболеваниями или для лечения неинфекционных болезней. Как правило, они используются в качестве своеобразных «контейнеров» для доставки очень опасных токсинов внутрь опухоли или очага инфекции.
В других случаях наночастицы сами по себе служат средством для удаления опухоли или «киллерами» микробов и вирусов. Они присоединяются к ним и выступают в качестве своеобразной «мишени», привлекающей внимание иммунных клеток, или же на них наводится излучение лазера, нагревающее частицы и сжигающее клетки.
Скорб и ее коллеги объединили лучшие черты этих двух типов «лечебных » наночастиц, экспериментируя с интересным светочувствительным наноматериалом, своеобразным химическим «переключателем», который они открыли относительно недавно.
Он состоит из наночастиц двуокиси титана, способных расщеплять воду на атомарный кислород и водород при освещении светом. Если поместить такие частицы в раствор органических соединений, то производимый ими кислород начнет взаимодействовать с самыми уязвимыми молекулами, что приведет к резкому изменению кислотно-щелочного баланса.
Еще при открытии этих «переключателей» ученые задумались, можно ли их использовать для управления поведением более крупных наночастиц. К примеру, их можно собрать из «переключателей» и молекул, чья стабильность сильно меняется при падении или повышении уровня pH, что позволит «открывать» или «закрывать» подобные наночастицы при освещении лазером.
Руководствуясь этой идеей, Скорб и ее коллеги создали полые наночастицы, чья оболочка состоит из полимерных нитей и вкраплений из оксида титана и серебра. Если их подсветить инфракрасным лазером, то тогда вся эта конструкция разрушится под действием тепла и кислорода, что высвободит ее содержимое.
Работу этих наночастиц ученые проверили на бактериях, чья ДНК была модифицирована таким образом, что эти микробы начинали светиться при попадании внутрь них молекул одного из искусственных сахаров. Начинив наночастицы этим сахаром, химики из ИТМО проверили, начнет ли кишечная палочка светиться, если подсветить пробирку инфракрасным лазером.
Как показали эти опыты, «наногранаты» справились со своей задачей, доставив сахар внутрь бактерий. При этом ни сами частицы, ни процесс их разрушения не повлиял на жизнеспособность клеток.
Их способность взаимодействовать с инфракрасным светом, по словам Скорб, будет еще одним дополнительным плюсом – тело человека почти прозрачно для его лучей, что позволит использовать наночастицы для борьбы с опухолями и инфекциями на очень больших глубинах.
