Чтобы доставлять в клетку нужные вещества, ученые предлагают «сажать ее на иглу». Точнее, на нано-колышки.


Массив вертикальных нанотрубок может использоваться для избирательной и точной доставки веществ в отдельную клетку – и даже в отдельные ее участки


Клетки, выросшие на массиве нанотрубок, ведут себя совершенно нормально. Эти нейроны крысы даже образовывали связи друг с другом




Множество современных экспериментов в области молекулярной биологии – а также методик медицины будущего – зависят от наших возможностей манипулировать отдельными клетками и их компонентами. К примеру, добавить нужный ген, внести определенный белок или другую молекулу – и изучить эффект этого воздействия. Однако здесь нам приходится вступать в суровую битву с природой, преодолевая естественные барьеры клетки, защищающие ее от внешнего вторжения.

Это похоже на взятие крепости: чтобы доставить нужные соединения в клетку, ученые прибегают к самым разным хитростям. К примеру, белок может быть посажен в вирус, как отряд греков в Троянского коня, или прилеплен к другому белку, который клетка легко «допускает» в свои пределы. Такие методы нередко узкоспецифичны и предназначены для строго определенных соединений и/или типов клеток, что лишь усложняет задачу ученых.

Решить проблему могут нанотехнологии: гарвардский профессор Хонкан Парк (Hongkun Park) предлагает новую, простую и универсальную методику с использованием нанотрубок на манер миниатюрных шприцов, способных делать клеткам избирательную инъекцию нужными молекулами. Если метод докажет свою эффективность, он существенно повысит возможности ученых по манипуляции отдельными клетками.

Недавно группе Парка удалось показать, что клетки, выращенные на подложке, усеянной вертикально расположенными нанотрубками, чувствуют себя совершенно нормально и не несут никаких повреждений. В течение нескольких часов клетки, медленно опускаясь под собственной тяжестью, протыкаются нанотрубками без всяких для себя последствий. Даже после такой операции они прекрасно растут, развиваются и делятся.

Словом, клетке никакого вреда – а ученые легко и просто получают прямой физический доступ к внутреннему пространству клетки. Это значит, что они могут доставлять в нее нужные молекулы без ограничений, свойственных методам, широко практикуемым сегодня. Делать это предполагается так.

Для начала интересующая нас молекула (или молекулы) сравнительно слабо связывается с поверхностью нанотрубки. Теперь, когда клетка сажается на подложку из таких «игл» и протыкается ими: молекулы оказываются внутри клетки. В теории, различные химические и физические воздействия позволят контролировать их высвобождение. Кроме того, сами нити могут иметь разную длину, чтобы доставлять вещество строго в нужную часть клетки. Парк и его команда уже продемонстрировали всю гибкость этого метода, внедрив небольшие РНК, ДНК и белки в клетки разных типов.

Хотя отчет Парка появился лишь на днях, его коллеги уже начали использовать этот многообещающий метод в работе. Так, ученый-медик Торстен Шлегер (Thorsten Schlaeger) исследует возможности этой техники для перепрограммирования стволовых клеток. В частности, он намерен научиться легко «запускать» развитие полипотентной стволовой клетки по пути кровяной стволовой клетки – той, которые можно найти в красном костном мозге.

Пока что эта задача требует весьма тонкой работы и изощренных методик, включая инфицирование исходных клеток модифицированным вирусом для внедрения в их геном определенных генов. И альтернативный – простой и быстрый – способ сделать это может оказать медикам неоценимую помощь. Медикам – а значит, и тысячам больных, для которых обрести новые клетки, производящие здоровые клетки крови, есть вопрос жизни или смерти. Такой вот короткий путь – от Троянского коня через нанотрубки – к спасению людей.

Учёным IBM удалось создать микроскоп с разрешением порядка ста пикометров и получить с его помощью детальное трёхмерное изображение молекулы органического вещества пентацен. Исследовательской группой лаборатории компании IBM в Цюрихе (Швейцария) в составе Лео Гросса (Leo Gross), Фабиана Мона (Fabian Mohn), Николая Молла (Nikolaj Moll) и Герхарда Мейера (Gerhard Meyer) в сотрудничестве с Питером Лильеротом (Peter Liljeroth) из голландского университета Утрехта разработана технология визуализации субмолекулярных структур за пределами нанообласти. С её помощью, в частности, удалось получить высококачественное изображение молекулы органической структуры из пяти бензольных колец - пентацена - длина которой составляет всего 1,4 нм. На полученных изображениях хорошо видны представлявшиеся ранее лишь умозрительно шестиугольные структуры из бензольных колец, атомы углерода и даже местоположение лёгких атомов водорода. Длина стороны отчётливо разрешаемого на отдельные атомы бензольного кольца составляет всего 0,14 нм. Более того - удалось воссоздать не только плоское изображение, но и 3D-модель молекулы пентацена. Тем самым можно говорить, что началось экспериментальное освоение нового, пикотехнологического, пространства, начинающегося за "пределами" наносферы. Прямое изображение молекулы пентацена, полученное с помощью атомного силового микроскопа - первое изображение такой детальности в мире. Хорошо различимы структуры бензольных колец, образованные атомами углерода, а также локализация атомов водорода. Изображение IBM. Схематическая модель молекулы пентацена. Изображение IBM.