Клетка проглотила зонд
Заглянуть внутрь клетки теперь можно с помощью эндоскопа. И не только заглянуть - новый оптический наноприбор в заданную точку клетки может безвредно доставлять целевые молекулы, терапевтические гены, отдельные белки и другие «полезные грузы».
Эндоскоп для клеток
Медики пользуются эндоскопами для изучения внутренних полых органов – желудка, мочевого пузыря и кишечника, например. С помощью технических эндоскопов инженеры заглядывают внутрь турбин, бензобаков и двигателей.
Ученые из Лаборатории Беркли (Berkeley Lab) и Калифорнийского университета в Беркли (University of California, Berkeley) создали эндоскоп, пригодный для изучения внутреннего содержимого отдельной клетки. «Гибкий и механически надежный прибор создан на основе оптического нановолокна, – пишут ученые на сайте лаборатории. – Прибор может быть использован в качестве биодатчика для определения электрофизиологических показателей одиночной клетки».
Чтобы создать эту систему ученые прикрепили нанопроводной волновод из оксида олова к клиновидному наконечнику оптоволокна, объясняет Линн Ярис (Lynn Yarris). «Перемещаясь по оптоволокну, свет может эффективно накапливаться в нанопроводе, где он повторно излучается в свободное пространство, как только достигает наконечника, – продолжает Линн. – Наконечник нанопровода чрезвычайно гибок и имеет высокий коэффициент сжатия, благодаря чему способен деформироваться повторно и пригоден для многократного использования».
«Совмещая преимущества нанопроводного волновода и волоконно-оптической флуоресценции, мы можем манипулировать светом в наномасштабе внутри живой клетки. Таким способом можно изучать биологические процессы с высоким пространственным и временным разрешением, – говорит Ян Пейдон (Peidong Yang), руководитель работы, результаты которой появились в Nature Nanotechnology. – Более того, устройство способно улавливать оптические сигналы, полученные из субклеточных участков, и с помощью активируемых светом механизмов доставлять полезные грузы с пространственной и временной спецификой».
Эндоскоп – курьер
Ученые объясняют, почему нужен клеточный эндоскоп, несмотря на высокий уровень развития электронной и сканирующей микроскопии. Он позволяет заглянуть внутрь клетки безболезненно, с минимальным вмешательством и сохранением целостности клетки и ее компонентов. Более того, эндоскоп может различать структуры, размер которых меньше половины длины волны падающего света, чем не могут похвастаться другие доступные системы, пишут ученые. Этот же прибор можно использовать и для доставки «грузов».
Рис.1.Схематичное изображение процесса доставки квантовых точек в клетку; источник: Berkeley Lab.
Исследователи уже протестировали новую систему на линии HeLa – бессмертных клетках, выделенных 60 лет назад в из опухоли шейки матки пациентки Генриетты Лэкс (Henrietta Lacks). «Введение волновода в цитоплазму клетки не привело к прорыву мембраны, клеточному стрессу или апоптозу, – заключают ученые. – Световая нагрузка не повредила клетку». Проверив биосовместимость эндоскопа с клеткой, ученые испытали «курьерские» способности прибора, заставив его доставлять в клетку квантовые точки.
Рис.2. Изображение одиночной клетки HeLa, полученное методом конфокальной микроскопии, кластер квантовых точек отмечен красным цветом; источник: Berkeley Lab.
«Результаты конфокальной микроскопии подтвердили, что квантовые точки были доставлены по назначению», – завершают ученые. Исследователи полагают, что в будущем наноэндоскоп пригодится для более детальных (точечных) клеточных исследований.