Чтобы доставлять в клетку нужные вещества, ученые предлагают «сажать ее на иглу». Точнее, на нано-колышки.

Множество современных экспериментов в области молекулярной биологии – а также методик медицины будущего – зависят от наших возможностей манипулировать отдельными клетками и их компонентами. К примеру, добавить нужный ген, внести определенный белок или другую молекулу – и изучить эффект этого воздействия. Однако здесь нам приходится вступать в суровую битву с природой, преодолевая естественные барьеры клетки, защищающие ее от внешнего вторжения.

Это похоже на взятие крепости: чтобы доставить нужные соединения в клетку, ученые прибегают к самым разным хитростям. К примеру, белок может быть посажен в вирус, как отряд греков в Троянского коня, или прилеплен к другому белку, который клетка легко «допускает» в свои пределы. Такие методы нередко узкоспецифичны и предназначены для строго определенных соединений и/или типов клеток, что лишь усложняет задачу ученых.

Рис. 1. Массив вертикальных нанотрубок может использоваться для избирательной и точной доставки веществ в отдельную клетку – и даже в отдельные ее участки

Решить проблему могут нанотехнологии: гарвардский профессор Хонкан Парк (Hongkun Park) предлагает новую, простую и универсальную методику с использованием нанотрубок на манер миниатюрных шприцов, способных делать клеткам избирательную инъекцию нужными молекулами. Если метод докажет свою эффективность, он существенно повысит возможности ученых по манипуляции отдельными клетками.

Недавно группе Парка удалось показать, что клетки, выращенные на подложке, усеянной вертикально расположенными нанотрубками, чувствуют себя совершенно нормально и не несут никаких повреждений. В течение нескольких часов клетки, медленно опускаясь под собственной тяжестью, протыкаются нанотрубками без всяких для себя последствий. Даже после такой операции они прекрасно растут, развиваются и делятся.

Рис. 2. Расположение структурного белка тубулина, подсвеченного флуоресцентной меткой, в клетке, выросшей на нанотрубках (слева). Если нанотрубки вынуть (справа), видны дырки, оставшиеся в тех местах, где нанотрубки пронизали мембрану

Словом, клетке никакого вреда – а ученые легко и просто получают прямой физический доступ к внутреннему пространству клетки. Это значит, что они могут доставлять в нее нужные молекулы без ограничений, свойственных методам, широко практикуемым сегодня. Делать это предполагается так.

Для начала интересующая нас молекула (или молекулы) сравнительно слабо связывается с поверхностью нанотрубки. Теперь, когда клетка сажается на подложку из таких «игл» и протыкается ими: молекулы оказываются внутри клетки. В теории, различные химические и физические воздействия позволят контролировать их высвобождение. Кроме того, сами нити могут иметь разную длину, чтобы доставлять вещество строго в нужную часть клетки. Парк и его команда уже продемонстрировали всю гибкость этого метода, внедрив небольшие РНК, ДНК и белки в клетки разных типов.

Рис. 3. Клетки, выросшие на массиве нанотрубок, ведут себя совершенно нормально. Эти нейроны крысы даже образовывали связи друг с другом

Сам по себе массив нанотрубок сегодня не слишком сложен в изготовлении, более того, к его нитям можно прикреплять разные молекулы, проверяя сразу большое количество их – по оценке ученых, это позволит работать одновременно с десятками тысяч разных веществ.

Хотя отчет Парка появился лишь на днях, его коллеги уже начали использовать этот многообещающий метод в работе. Так, ученый-медик Торстен Шлегер (Thorsten Schlaeger) исследует возможности этой техники для перепрограммирования стволовых клеток. В частности, он намерен научиться легко «запускать» развитие полипотентной стволовой клетки по пути кровяной стволовой клетки – той, которые можно найти в красном костном мозге.

Рис. 4. Покрытие нанотрубок разными молекулами позволит доставлять их внутрь клеток. На рисунке – свечение оранжево-красного флуоресцентного белка, ген которого был внедрен в человеческую клетку именно таким путем

Пока что эта задача требует весьма тонкой работы и изощренных методик, включая инфицирование исходных клеток модифицированным вирусом для внедрения в их геном определенных генов. И альтернативный – простой и быстрый – способ сделать это может оказать медикам неоценимую помощь. Медикам – а значит, и тысячам больных, для которых обрести новые клетки, производящие здоровые клетки крови, есть вопрос жизни или смерти. Такой вот короткий путь – от Троянского коня через нанотрубки – к спасению людей.