Нанотехнологии в медицине и биологии. Обзор за май 2018

Это ежемесячный обзор наиболее важных и интересных новостей от экспертной группы проекта Технологии Долголетия. Сайт группы rlegroup.net.

Схема проникновения наночастиц в клетку

В данном обзоре рассмотрены публикации, посвященные применению нанотехнологий и наноразмерных структур в медицине и биологии. Понятие нанотехнологий охватывает довольно большой спектр науки и техники. В нашем случае под нанотехнологиями подразумеваются искусственные способы создания наноразмерных объектов, как органических так и неорганических, которые способны оказывать положительное влияние на живые системы изнутри, доставлять лекарства, манипулировать и исследовать их, in vivo. Также к данной тематике следует отнести приборы, основанные на нанотехнологиях, предназначенные для исследования компонентов живых систем вне организмов и клеток, in vitro.


Новый противораковый препарат в полтора раза продлил жизнь мышей

Ученые из НИТУ МИСиС разработали новый препарат на основе сферических наночастиц магнетита. Внутрь этих частиц поместили лекарство-цитостатик (токсическое вещество, разрушающее клетки опухоли), а снаружи прицепили векторные молекулы, которые ведут частицы к пораженному органу, не накапливаясь в здоровых тканях. Векторные молекулы представляют собой антитела к белку «фактор роста эндотелия сосудов» (VEGF, Vascular endothelial growth factor) – сигнального белка, который клетки вырабатывают для того, чтобы стимулировать образование эмбриональной сосудистой системы. Молекула, таким образом, работает по схеме «ключ-замок», находя и присоединяясь только к определенному типу клеток.

Доставленные наночастицы раскрываются внутри больных клеток и высвобождают лекарства. Кроме того, предложенное вещество показало хорошую визуализацию ткани опухоли в процессе МРТ-исследования. Также частицы оксида железа способны убивать клетки методом гипертермии. Частицы вводят в пораженный орган и нагревают их при помощи электромагнитного излучения. Частицы отдают тепло клеткам и уничтожают их.

Источник: https://www.nanomedjournal.com/article/S1549-96341830091-1/fulltext


Физики научились двигать узлы по молекуле ДНК

Американские биофизики научились управлять положение узлов на цепочке ДНК. Скорость перемещения узла может составлять до нескольких микрометров за одну минуту. Молекула ДНК помещается в Т-образную микрофлюидную камеру, в которой линии электрической напряженности направлены от центра к концам. Благодаря подходящему натяжению ДНК удается перемещать узел. При достижении узлом конца молекулы он развязывается

Узлы появляются на всех длинных полимерных молекулах, включая ДНК. Они влияют на процессы репликации и транскрипции. Наличие узлов приводит к замедлению процесса и появлению ошибок. Данную технологию по перемещению узлов можно применить в секвенировании ДНК при помощи нанопоры, где узлы мешают протаскивать молекулу через пору. Развязывание узлов поможет ускорить этот процесс.

Источник: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.188003


Крошечные алмазы могут удешевить МРТ

Магнитно-резонансная томография (МРТ) активно используется в медицинских целях и для исследования структур молекул веществ и лекарств. К сожалению,  аппараты МРТ громоздкие и дорогие из-за того, что для получения изображения требуется мощное стабильное магнитное поле, получаемое в настоящее время при помощи сверхпроводящих магнитов. Попытки удешевить получение подходящего для МРТ магнитного поля ведутся давно. (Например, ученые из ИТМО предлагают усиливать локально магнитное поле при помощи метаматериаллов) Кроме того, сильное магнитное поле может негативно повлиять на здоровье человека.

Группа ученых из США, Китая и Германии научилась усиливать магнитное поле при помощи поляризации алмазных наночастиц. Они обнаружили, что одновременное пропускание зеленого лазера через алмазную пыль и одновременное воздействие на них слабым магнитным полем гиперполяризует алмазные наночастицы и усиливает магнитное поле. Это значительно улучшает контрастность МРТ-снимков.

Усиление магнитного поля возможно благодаря дефектам в алмазах, состоящих из примесей азота. Они называются NV-центры. Подходящий размер алмазных частиц – 1-5 микрон. Такие наноалмазы часто остаются как отходы при шлифовке более крупных бриллиантов для других целей.

Источник: http://advances.sciencemag.org/content/4/5/eaar5492


Выращенные на графене клетки сердца сокращаются из-за света

Графен − это первый двумерный материал, который стал широко изучаться. Он является интересным объектом нанотехнологий и обладает уникальной совокупностью свойств. В последнее время свойства графена стали использоваться в биомедицинских исследованиях.

Так ученые из Университета Калифорнии Сан-Диего обнаружили, что клетки сердца растут на графеновой подложке лучше, чем в обычных пластиковых или стеклянных чашках Петри. Кроме того, графеновая подложка проводит электрический ток, в отличии от стекла и пластика. Это свойство может быть полезным для нервных клеток или клеток мышц, функции которых во многом опираются на электричество. Зная, что графен еще и способен генерировать электрические сигналы под воздействием света, ученые облучали графеновую подложку подходящим излучением. Они смогли заставить сокращаться клетки в два-три раза быстрее. Причем регулировать скорость сокращения достаточно легко. Для этого нужно  в два-три раза увеличить интенсивность излучения или увеличить толщину графеновой подложки.

Эксперимент с графеном повторили на сердце живого организма − эмбриона рыбки дано рерио. Обычно при изобретении нового материала этот эксперимент приводит к гибели некоторого количества клеток, однако в данном случае все они остались живы и невредимы.

Ученые надеются применить свои результаты для разработки препаратов, которые должны влиять на сердечный ритм. Исследователи уже успели проверить на растущих на графене клетках мексилетин. Это вещество входит в состав препаратов от аритмии. Его особенность в том, что он начинает действовать только когда сердце сокращается слишком быстро. Ученые добавили препарат к клеткам, на которые светили с разной интенсивностью. Чем быстрее клетки сокращались, тем сильнее проявлялся эффект мексилетина. Также ученые считают, что их метод может быть использован для создания искусственных устройств для контроля над сердечным ритмом, поиска обезболивающих препаратов и лекарств, которые избирательно уничтожают раковые клетки, не затрагивая здоровые.

К работе прилагается видео.

Источник: http://advances.sciencemag.org/content/4/5/eaat0351.full


Золото и клеточные мембраны стали микророботом для борьбы с бактериями

Нанороботы создают не только из неорганических объектов, но еще и могут быть составлены в комбинациях с живыми объектами. Например, движители робота создать сложно, но можно позаимствовать их у природы. Так было сделано немецкими учеными в прошлом году, которые превратили сперматазоид в гибридный доставщик лекарств к раковой опухоли.

В текущей работе американские ученые покрыли золотую наночастицу гибридной мембраной, составленной из мембран эритроцитов и тромбоцитов. Эта конструкция, позаимствованная у природы, позволила нанороботам захватывать опасные бактерии и производимые ими токсины. Золотая же часть позволяет управлять роботом при помощи ультразвука.

Авторы решили нацелить робота на грамположительные бактерии, в частности, на золотистый стафилококк (Staphylococcus aureus). Эти бактерии выделяют порообразующие токсины, создающие в клеточных мембранах отверстия, которые могут приводить к лизису. Авторы показали эффективность двигающихся роботов, сравнив их со статичными. Ученые поместили роботов в среды, содержащие штамм золотистого стафилококка и одну из групп двигали ультразвуком. Затем они сравнили количество пойманных бактерий с помощью флуоресцентного маркера и увидели, что в группе двигавшихся частиц интенсивность свечения в 3,5 раза выше. Кроме того, исследователи проверили действие роботов на токсины бактерии и выяснили, что присутствие в растворе с эритроцитами таких роботов приводит к заметно меньшему уровню гемолиза — на 5,5 процентов.

Источник: http://robotics.sciencemag.org/content/3/18/eaat0485

 


Обзор подготовил Михаил Ремнев

Перепечатка разрешается при сохранении ссылок на источник публикации.

Добавить комментарий