Цивилизация
Сотрудники Университета ИТМО представили проект гибридных наноконтейнеров, высвобождающих заключенное в них вещество под действием инфракрасного излучения.
При помощи такой системы ученые смогли управлять свечением бактерий. Результаты исследования важны для разработки методов адресной доставки лекарств, создания биологических преобразователей света и даже молекулярных компьютеров.
Работа выполнена при поддержке гранта Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда (РНФ) и опубликована в журнале Bioconjugate Chemistry.
Эффективность лекарства сильно зависит от того, какое его количество достигнет пораженных тканей и органов. При этом необходимо соблюсти баланс: вещества должно быть достаточно, чтобы оказать благоприятное воздействие, но не слишком много, чтобы не навредить окружающим здоровым клеткам. Современная медицина решает эту задачу, разрабатывая «умные» системы доставки, которые обеспечивают строгую дозировку препарата и его высвобождение в определенных тканях. Особый интерес вызывают системы, реагирующие на воздействие внешних факторов: состава среды, температуры или облучения. Они позволяют с высокой точностью управлять биологическими процессами.
В основе работы ученых Университета ИТМО лежит способ высвобождения вещества из наноконтейнера под действием инфракрасного излучения. В состав оболочки из оксида титана входят частицы серебра, нагревающиеся под действием света определенной длины волны (980 нанометров), из-за чего конструкция разрушается, а ее содержимое выходит наружу.
Система показала свою эффективность в эксперименте по доставке веществ кишечным бактериям. Микроорганизмы были генетически изменены так, чтобы синтез флуоресцентного (светящегося) белка происходил в присутствии углевода L-арабинозы. Именно это вещество поместили внутрь наноконтейнера. После облучения инфракрасным светом L-арабиноза высвобождалась в среду, а бактерии в ответ синтезировали белок, светящийся зеленым (длина волны – 510 нанометров). Таким образом, ученые наблюдали химико-биологическое преобразование света.
«Данное направление перспективно для медицины, доставки лекарств, а также для создания компьютера, в котором вместо обычных кремниевых чипов используются биологические молекулы. Подход откроет новые, пока недоступные области: высокоточный контроль химических процессов, «умные» лекарства и управление молекулярными машинами», – рассказывает профессор Университета ИТМО, кандидат химических наук Екатерина Скорб.
Представленная конструкция наноконтейнера надежна и проста, а состав оболочек не оказывает сильного отрицательного влияния на жизнеспособность клеток. Особый интерес вызывает и сама система преобразования света. Инфракрасное излучение легко проникает в ткани, а испускаемый зеленый свет подавляет образование вторичных очагов опухоли. Такое сочетание может оказаться полезным при фотодинамической терапии рака, правда, ограничение в глубине проникновения света все еще существенно.
