Нанотехнологии в медицине и биологии. Обзор за июнь 2018

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

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.


Синтезированы человеческие прионы in vitro

Некоторые опасные болезни, например, коровье бешенство, являются следствием присутствия в организме прионов. Прионы − это особый класс инфекционных агентов, представленных белками с аномальной третичной структурой и не содержащих нуклеиновых кислот. Это положение лежит в основе прионной гипотезы, однако насчёт состава прионов есть и другие точки зрения. Прионы способны увеличивать свою численность подобно вирусам, не являясь вирусами. Поэтому один случайно неверно упакованный белок способен вызвать болезнь.

Американским ученым впервые удалось синтезировать человеческие прионы и исследовать некоторые ранее неизвестные аспекты из разрушительного действия. Ранее удавалось синтезировать прионы опасные для мышей, но безопасные для человека. Человеческие прионы удалось синтезировать путем введения соответствующего гена в бактерии кишечной палочки. Эти прионы также оказались вредными для лабораторных мышей. Через 200-400 дней они вызывали у мышей тяжелые нейрологические нарушения.

Таким образом, ученым удалось показать, что темпы размножения прионов определяются некоторыми особенностями их строения, прежде всего структурой С-концевого домена, от которой зависит скорость распространения болезни в пораженных тканях.

Источник: https://www.nature.com/articles/s41467-018-04584-z


В тканях растений обнаружили золотые наночастицы

Наночастицы могут быть не только полезным инструментом в медицине и биологии, но также могут загрязнять окружающую среду. Китайские биологи Сяоэнь Ло (Xiaoen Luo) и Цзяньцзинь Цао (Jianjin Cao) из Университета Сунь Ятсена впервые обнаружили, что растения могут накапливать наночастицы. Они сделали поперечные срезы двух видов растений и исследовали их при помощи сканирующего электронного микроскопа и рентреновской спектроскопии.

В растениях были обнаружены наночастицы размером от 5 до 50 нм. Спектроскопический анализ показал, что эти частицы содержат кислород, хлор, медь и золото. Причем золота в них содержится от 76 до 93 % в зависимости от вида растения.

Ученые отмечают, что в районе сбора растений почва содержит крайне мало золота и наночастицы могли появиться в растениях благодаря расположенному неподалеку гальваническому цеху, в технологическом процессе которой используется золото. При этом, скорее всего, именно в виде наночастиц золото и было впитано из почвы или воздуха.

Источник: https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10311-018-0749-0


При помощи технологии магнитной левитации в условиях невесомости ученые освоили биопечать

Существуют разные технологии печати биологических тканей. Большинство из них использует некоторый каркас, на который слой за слоем наносятся клетки. Затем полученная конструкция отправляется в инкубатор для продолжения выращивания. Также есть технологии без каркаса, в которых посредством магнитного поля доставляются на нужное место в 3-х мерном пространстве. Для того, чтобы клетки взаимодействовали с магнитным полем, в них добавляют магнитные наночастицы.

Ученые из компании 3D BioprintingSolutions совместно с другими российскими и зарубежными коллегами разработали новый метод биопринтинга, который позволяет создавать трехмерные биологические объекты без использования каркаса и магнитных меток.

Дело в том, что сложности с каркасом или магнитными наночастицами вызваны наличием гравитационных сил. Устранить их негативное влияние можно при помощи невесомости.

C 2010 по 2017 годы на Международной космической станции проводились эксперименты на установке “Кулоновский кристалл”. Основным элементом установки является электромагнит, создающий специфическое неоднородное магнитное поле, в котором в условиях невесомости могут формироваться структуры из диамагнитных частиц. На основе этих данных учеными была разработана методика конструирования биологических тканей.

Новый метод получил название «формативная трехмерная биофабрикация». Он позволяет создавать трехмерные биологические структуры не послойно, а сразу со всех сторон. Для управление формой таких объектов ученые использовали экспериментальные данные и результаты математического моделирования, полученные сотрудниками ОИВТ РАН.

Источник: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29848793


Золотые наночастицы доставили систему CRISPR-Cas9 в мозг мышей и помогли вылечить их от нарушений поведения

Недавно премию Кавли 2018 в области нанонаук получили ученые Эммануэль Карпентер (Институт инфекционной биологии общества Макса Планка, Германия), Дженнифер Дудна (Университет Калифорнии, США) и Виргиниус Шикшнис (Университет Вильнюса, Литва) “За изобретение CRISPR-Cas9, точного инструмента для редактирования ДНК, обуславливающего революцию в биологии, сельском хозяйстве и медицине”. Сама по себе технология является блестящим примером нанотехнологий на основе биологических объектов. В данной публикации ученые соединили воедино неорганические и органические нанотехнологии.

Сотрудники Калифорнийского университета в Беркли и компании GenEdit модифицировали CRISPR-Cas9 при помощи золотых наночастиц и успешно использовали для лечения взрослых мышей с врожденным синдромом ломкой Х-хромосомы, который ведет к нарушению формирования мозга, поведения и снижению интеллекта.

Лабораторным мышам с синдромом ломкой X-хромосомы доставляли в мозг золотые наночастицы, связанные с белком Cas9. Этот белок предварительно настроен на подавление гена метаботропного глутаматного рецептора (mGluR5). Предполагается, что mGluR5 в стриатуме (полосатом теле мозга) связан с одним из проявлений синдрома − стереотипическом бесцельном повторении движений. После терапии такая активность упала на 70%, что подтверждает сделанное предположение.

Источник: https://www.nature.com/articles/s41551-018-0252-8


Разработка магнитных роботов для целевой доставки клеток

Китайские ученые научились создавать роботов, способных захватывать клетки и транспортировать их внутри организма к заданной цели. Подобный наноробот представляет собой подобие фуллерена диаметром около 70 мкм, покрытого рожками, как ёж. Каркас конструкции создается при помощи трехмерной лазерной литографии из светочувствительного полимера. Затем полученная конструкция покрывается слоем никеля для взаимодействия с магнитным полем и слоем титана для биологической совместимости.

Сначала подобный робот “насаживает” на себя клетки, а затем при помощи магнитного поля перемещается по заданной траектории. Также исследователи показали, что клетки могут самопроизвольно отсоединяться от робота после доставки к нужному органу.

Исследователи использовали в качестве модельных клеток мышиные фибробласты и мезенхимальные стволовые клетки. Изначально авторы провели первичные тесты вне живых организмов и проверили управление микророботом с помощью электромагнитной системы. Кроме того, ученые провели эксперименты внутри живого эмбриона данио-рерио, поскольку он прозрачен и тем самым удобен для отслеживания перемещения микроробота. Также авторы провели испытания множества микророботов на лабораторной мыши, покрыв поверхность робота раковыми клетками.

Источник: http://robotics.sciencemag.org/content/3/19/eaat8829


Обзор подготовил Михаил Ремнев

Перепечатка разрешается при сохранении ссылок на источник публикации.

 

Добавить комментарий