Инженеры из Массачусетсского технологического института (MIT) на основе углеродных нанотрубок разработали сенсоры для выявления в живых клетках противораковых и других повреждающих структуру ДНК агентов

Сенсоры, сконструированные из нанотрубок, встроенных в структуру ДНК, могут выявлять наличие лекарств, используемых при химиотерапии, например, таких как препарат цисплатин, а также токсинов из окружающей среды и свободных радикалов, которые повреждают структуру ДНК.

«Мы создали сенсор, который будучи помещенным в живую клетку, больную или здоровую, может определить несколько различных классов веществ, повреждающих ДНК», – рассказывает профессор в области химической инженерии Майкл Стрэно (Michael Strano), автор статьи об этой инновации, готовящейся к публикации в 14-ом декабрьском выпуске Nature Nanotechnology.

Такие сенсоры могут применяться для мониторинга обеспечения активным лекарственным агентом раковых клеток у пациентов, проходящих курс химиотерапии: многие такие агенты являются мощными модифицирующими ДНК веществами и могут вызвать серьезные побочные эффекты, поэтому важно контролировать специфичность их воздействия на заданные биохимические мишени в организме.

«Таким способом можно визуализировать распределение вещества, а также степень его активного воздействия, – поясняет Дэниэл Хэллер (Daniel Heller), один из авторов работы.

Новый сенсор определяет наличие алкилирующих ДНК агентов, таких как цисплатин и окислители, такие как пероксид водорода или гидроксильные радикалы. Сенсоры позволяют проводить исследования в живых клетках в течение длительного промежутка времени. Сенсор занимает определенное местоположение внутри клетки и может определить единичные молекулы пероксида водорода.

Эта новая технология имеет важное преимущество в способе выявления углеродных нанотрубок: их флуоресценция наблюдается в длинноволновой ИК-области спектра, в этих условиях человеческие ткани не флуоресцируют, и это упрощает и сенсибилизирует детекцию.

Каждая нанотрубка покрыта ДНК, в присутствии алкилирующего агента ДНК модифицируется, что приводит к изменению интенсивности и длины волны флуореценции нанотрубок. Различные изменения спектрофотометрических характеристик нанотрубок являются своеобразными «отпечатками пальцев» различных модифицирующих агентов, что позволяет детектировать не только их активность, но и природу. «Мы можем видеть различия между типами молекул в зависимости от природы их взаимодействия с ДНК»,– комментирует особенности новой методики профессор Стрэно.

Поскольку нанотрубки покрыты ДНК, такие детекторы являются безопасными при их введении в живые клетки. «Ведь различные технологии, – поясняет профессор Стрэно, -требуют применения нанотрубок различной длины и различных для них покрытий, что может в итоге сказаться на безопасности и токсических свойствах полученных структур».

Дальнейшие исследования ученых будут посвящены детектированию с помощью разработанных сенсоров эффективности различных антиоксидантов, например, компонентов зеленого чая – таким образом ученые надеются усовершенствовать подходы к уменьшению токсических эффектов лекарств, применяемых при химиотерапии.

Мария Костюкова