Наночастицы дырявят клеточную мембрану
Если мембрана не пропускает в клетку жизненно важные молекулы, ее нужно продырявить. Клеточная ранка заживет всего через секунду, зато за это время лекарство попадет к месту назначения.
Современная медицина постепенно переходит на более индивидуальный подход к лечению каждого пациента. Большинство научных исследований так или иначе затрагивают медицинскую тематику. Ученые ищут «испорченные» гены и вещества, которыми можно «отремонтировать» болезнетворный нуклеотид. Но зачастую нужно не только найти точечное лекарство, но и разработать схему его доставки к месту назначения.
Молекулярная медицина
Известно, что не только врожденные, но и приобретенные заболевания зависят от того, какие гены достались ребенку от родителей. Просто некоторым «нездоровым» генам нужно «вызреть», а для других необходимо сочетание определенных факторов. Ученые надеются, что в скором времени молекулярная медицина поможет справиться с человеческими недугами. Во-первых, вовремя проведенный генетический анализ выявит патологические предрасположенности и обратит внимание человека на уязвимые места. Во-вторых, генная и молекулярная терапия позволят лечить, а не калечить. Ведь если у человека развивается рак, то от него можно избавиться, воздействуя непосредственно на раковую клетку, а не на весь организм.
Одна из проблем, которая пока не позволяет реализовать утопическую задумку медиков, – защитная система клетки. Нейроны, например, слишком избирательно пропускают поступающие вещества, среди которых есть и лекарственные. Многие заболевания нервной системы очень сложно лечить именно из-за того, что гематоэнцефалический барьер отфильтровывает терапевтические препараты. Соматические клетки более либерально относятся к привнесенным соединениям, но некоторые (в основном крупные) молекулы тоже не способны пробраться сквозь мембрану.
Дырявая мембрана
Исследователи из Технологического института Джорджии (Georgia Institute of Technology) предложили новый способ доставки необходимых веществ в клетку. Они предположили, что если мембрана не способна пропускать лекарства, белки, ДНК и РНК внутрь клетки из-за слишком большого размера молекул, то, по всей видимости, мембрану нужно просто продырявить. Создать эдакий «коридор», по которому проберется жизненно важная молекула. Ученые провели эксперимент с «молекулярным шилом» -- наночастицами углерода. Результаты проведенного эксперимента появятся в августе в журнале Nature Nanotechnology.
Под руководством профессора Марка Просница (Mark Prausnitz) ученые насыщали межклеточную жидкость наночастицами углерода (размером примерно 25 нм каждая). Далее они воздействовали на экспериментальные ткани фемтосекундным лазером. Таким способом исследователи подогревали углерод, который и начинал весь процесс.
Под воздействием лазера в межклеточном пространстве из углерода и воды образовывались пузырьки, состоящие из моноокиси углерода и водорода (фактически, синтез-газ). Когда импульс заканчивался, пузырек лопался. Если гибель происходила рядом с мембраной, вызванная микроколлапсом ударная волна дырявила ее. Стоит отметить, что от полученных ранений клетки почти не погибали. Менее чем через секунду дырочки «затягивались».
Исследователи решили воспользоваться небольшим промежутком времени, которое клетка тратит на «зализывание ран». Они апробировали описанный метод на раковых клетках человека и крысы. Для этого они поочередно вводили в межклеточную жидкость молекулы лекарств, протеинов и ДНК с прикрепленными флуоресцентными метками.
На фото из лаборатории видны зеленые точки – это живые человеческие клетки рака простаты с флуоресцирующей лекарственной молекулой внутри. Красным цветом отмечены погибшие клетки. Несложный арифметический подсчет позволяет сделать вывод, что игра все-таки стоит свеч. Более 90% раковых клеток получили необходимый медикамент и остались живы. Это значит, таким способом можно воздействовать на клетки индивидуально.
«С помощью микровзрывов в межклеточном пространстве нам удалось доставить лекарства почти во все больные клетки, и лишь незначительная часть из них погибла», -- говорит соавтор исследования Прерона Чакраварти (Prerona Chakravarty).
«Мы уверены, что наша технология будет востребована в молекулярной медицине, на которую возлагает надежды все человечество», -- продолжает Марк Просниц.
Совсем недавно группа Просница порадовала человечество еще одной, но уже полностью готовой к применению новинкой -- вакциной, которую можно вводить не через укол, а через пластырь.