Всяк кулик свое болото хвалит. Буквально только что читателям Нанометра красочно объяснили, что лишь путем эндоцитоза можно доставить вещества в живую клетку, не покалечив ее. Другие методы доставки, такие как электропорация, слишком сильно повреждают клетки, от чего бедняжки массово погибают.

Теперь же исследователи из университета Калифорнии (США) утверждают едва ли не обратное. Оказывается, использование электрического поля для создания пор в клеточной мембране – популярный и востребованный метод доставки макромолекул в живые клетки. Конечно, многие клетки при этом действительно погибают, но при помощи нанотехнологий ученые смогли обойти эту проблему.

Обычно при электропорации электрическое поле прикладывается одновременно к тысячам и миллионам клеток в надежде, что хоть с какими-нибудь из них процесс пройдет удачно. Теперь же ученые предлагают использовать индивидуальный подход к каждой клетке, проделывая лишь одну пору в заданной области плазматической мембраны. А поможет в этом модифицированная игла атомно-силового микроскопа.

Для экспериментов взяли обыкновенные иглы атомно-силового микроскопа из кремния, допированного бором. На этих иглах был выращен тонкий 20-нм изолирующий слой SiO₂. Затем верхушку иглы аккуратно срезали при помощи сфокусированного ионного пучка (FIB), пока не стал вновь виден кремний (рисунок 1). Диаметр кончика кремниевой иглы составил 0,5 мкм – при помощи такой иглы уже можно получить электрическое поле, достаточное для электропорации. Впрочем, авторы работы говорят, что не составит большого труда при желании получить и более тонкий кончик.

Модифицированная головка иглы атомно-силового микроскопа. (a) Шаг 1: изоляция кончика при помощи 20-нм слоя SiO₂ . (b) Шаг 2: обработка кончика до тех пор, пока не появился неизолированный кремний диаметром 0,5 мкм. ( с ) Готовый модифицированный кончик иглы, вид сверху. Размер метки 1 мкм, РЭМ

Эксперименты проводили на фибробластах крысы. Это клетки около 10 мкм диаметром. Клетки разместили на покровном стекле, покрытом проводящим оксидом индия-олова (ITO). Атомно-силовой микроскоп снабдили модифицированной иглой, кончик которой подвели к отдельно взятой случайно выбранной клетке. О том, что игла вошла в контакт с поверхностью клетки, судили по отклонению кантилевера. После этого кончик иглы сдвигали еще на 200 нм, а затем прикладывали электрическое поле. За проникновением макромолекул в клетку следили по появлению внутри клетки флуоресцентной краски, которая была конъюгирована с белками внешней среды (рисунок 2).

Ученые провели расчеты, которые показали, что приложенное электрическое поле вносит изменения в мембрану клетки лишь в узко локализованном месте. При этом клетка не получает сильных повреждений, и, как показало окрашивание раствором трипанового синего, все клетки выжили. Работа «Localized electroporation and molecular delivery into single living cells by atomic force microscopy» опубликована в Applied Physics Letters.