Медицинские нанороботы осваивают язык живых клеток

Астронавт подносит к глазам небольшой прибор. Короткий анализ сетчатки глаза и вердикт — лучевое повреждение организма превышает условленный порог. Он берёт шприц и делает себе инъекцию наночастиц, которые тотчас принимаются за ремонт ДНК в его клетках.

Именно так должен выглядеть результат проекта, разрабатываемого под эгидой NASA.

Ведёт исследования группа учёных из трёх университетов США под управлением лидера команды — Джеймса Лири (James Leary) из медицинского отделения университета Техаса (University of Texas Medical Branch).

Мы уже рассказывали о том, как NASA пытается определить воздействие на астронавтов космической радиации в условиях длительных экспедиций. И о том, как агентство создаёт новые материалы для защиты космических путешественников от галактических лучей.

Однако на этом аэрокосмическое агентство не останавливается. Последние достижения нанотехнологий должны помочь астронавтам, организмы которых уже поражены излучением.

Заметим, нанотехнологи США уже разрабатывают метод лечения рака с помощью микроскопических магнитных сфер, вводимых в кровоток пациентов. Нынешняя работа во многом перекликается с той, но во многом — оригинальна.

Если учёные из компании Triton BioSystems ограничились задачей уничтожения повреждённых клеток с помощью нагрева, то подрядчики NASA задумали научить наночастицы латать дыры в живых клетках, пробитых галактическими лучами.

Новые нанороботы по размерам будут меньше клеток крови, но смогут прекрасно понимать их сигналы (иллюстрация с сайта uic.edu).

"Это новый тип терапии. Наночастицы будут заходить внутрь клеток и восстанавливать их или, если имеется слишком большое повреждение, избавляться от этих клеток", — объясняет Лири.

Его группа разрабатывает частицы размером меньше бактерии и даже — меньше длины волны видимого света. Простая инъекция может выпустить миллионы этих капсул в кровоток человека.

И вот здесь начинается то, что кажется фантастикой — наночастицы использует в своих интересах естественную систему передачи сигналов между живыми клетками, чтобы найти те из них, что повреждены радиацией.

Триллионы клеток в человеческом теле общаются друг с другом посредством сложных молекул, вложенных в их, клеток, внешние мембраны.

Эти молекулы действуют как химические "флаги" для того, чтобы обраться к другим клеткам или как химические "ворота", которые управляют входом в клетку ряда молекул из кровотока (например, гормонов).

Здесь показана последовательность захвата нанокапсулами молекул различных препаратов. Такие "танкеры" для кровотока могут быть сделаны из полимеров или из полупроводников типа теллурида кадмия (иллюстрация с сайта science.nasa.gov).

Когда клетки повреждены радиацией, они производят специфические белковые маркеры, называемые CD-95 и размещают их на своих внешних оболочках. Так клетки "кричат": "Я ранена, я ранена" (кстати, недавно учёные научили бактерии "говорить" на новом языке).

Учёные подбирают соответствующие молекулы, которые можно было бы закрепить на поверхности наночастиц (своеобразных нанороботов) и которые (молекулы) соединялись бы с CD-95, как только окажутся поблизости от повреждённой клетки.

Если лучевое повреждение велико, наночастицы должны войти внутрь клетки и выпустить из своих "запасов" ферменты, запускающие механизм самоубийства клетки.

Если "рана" клетки не слишком велика — нанороботы делают "инъекцию" других ферментов, которые должны способствовать восстановлению ДНК и возвращению клетки к нормальной работе.

В распоряжении учёных есть такие удивительные машины, как наноманипуляторы, построенные на базе атомного силового или туннельного микроскопа. Они позволяют видеть на большом экране объекты молекулярного размера и передвигать их в реальности, при помощи фантомной "руки", снимающей движение кисти человека и передающей эти сигналы на силовой микроскоп (фото с сайта cs.unc.edu).


Такие целебные ферменты уже известны, нужно лишь научиться доставлять их точно в цель.

Команда Лири также изучает способы применить в этой технологии флуоресцентные молекулы, также размещённые на внешней поверхности нанороботов.

Эти "светлячки" могли бы передавать людям информацию о степени лучевого повреждения организма, меняя интенсивность своего свечения и даже цвет — в зависимости от стадии заболевания.

А как же люди могли бы увидеть эти послания? Сравнительно просто — снимая в темноте изображение сетчатки глаза, наполненной кровеносными сосудами.

Джеймс Лири подчёркивает, что практически все составляющие этой грандиозной задумки, в том или ином виде, известны и опробованы в лабораториях. Нужно лишь совместить всё это в работоспособный комплекс.

Никто не готов предсказать, сколько лет уйдёт на эту работу, но не исключено, что учёные поспеют к первому полёту человека на Марс.


Интересные материалы: