Медицина 2.0

Американские биофизики создали микроскопическое устройство из наноматериалов, золотой пленки и фрагментов ДНК, позволяющее вводить в клетку произвольный набор молекул ДНК и других веществ, не повреждая ее оболочку. Сегодня генная терапия является одним из важнейших методов научных и медицинских исследований. Она позволяет ученым изучать работу организма и его отдельных клеток, не убивая их. Многие генетически обусловленные болезни или обычные заболевания можно вылечить, заменив несколько генов.



Об этом говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology. Группа ученых под руководством Джеймса Ли (James Lee) из Университета штата Огайо в городе Коламбус (США) разработала методику «наноэлектропорации» (NEP), которая позволяет вставлять в клетку точно отмеренное количество генов или других молекул, не повреждая ее оболочку.



Электрохимические принципы этой технологии известны ученым еще с середины 80 годов прошлого века. В 1982 году немецкий биолог Эберхард Нойманн (Eberhard Neuman) выяснил, что при воздействии сильного электрического поля в клеточной мембране начинают появляться небольшие поры, способные пропускать чужеродные молекулы.



Как отмечают авторы статьи, наноэлектропорация не страдает основным недостатком ее предшественника — случайностью всех процессов, связанных с переносом генов внутрь клетки. Генетический «шприц» Ли и его коллег состоит из двух микроскопических емкостей, соединенных каналом толщиной в несколько десятков нанометров. В одной из лунок находится клетка, а в другой — фрагменты ДНК или другие вещества. В статье поясняется, что тонкий канал, покрытый золотом, действует в этом случае как электрическая пушка, которая «разгоняет» молекулы вещества до очень высокой скорости, что помогает им проникнуть внутрь клетки. Канал представляет собой самую сложную часть этого устройства, которая изготавливается в несколько этапов.



Сначала ученые поместили несколько переплетенных цепочек ДНК между двумя микроканалами в бруске из кремниевого полимера PDMS и покрыли его тонкой золотой пленкой. Затем они использовали этот брусок в качестве «пресса», при помощи которого они выдавили готовые «шприцы» из полимерного «желе». В лунки рабочего устройства биологи вставляли электроды, по которым в емкости подавались импульсы тока с напряжением от 150 до 350 вольт. Над одной емкостью устанавливались специальные оптические «щипцы», при помощи которых можно было захватывать и двигать клетку, в которую планировалось вставить молекулы ДНК или другие вещества.



Ученые сравнили работу своего изобретения и обычных систем электропорации, вставляя в клетки светящуюся краску пропидиум йодид. «Шприц» авторов статьи работал быстрее других систем и позволял точно дозировать объем краски.



Кроме того, Ли и его коллеги смогли уничтожить культуру раковых клеток, вставляя в них специальную молекулу РНК Mcl-1, включавшую программу самоуничтожения. «Мы надеемся, что наноэлектропорация станет в ближайшем будущем одним из инструментов диагностики и лечения рака — например, вставляя точно выверенное количество генов или белков в стволовые или иммунные клетки, вынуждая их развиваться в «правильном» направлении. Это позволит не беспокоиться о превышении дозы лекарства», — заключает Ли.

Иллюстрация к статье: Яндекс.Картинки