Команда американских ученых создала нанозонд, который можно встроить в клеточную стенку, при этом ее не травмируя. Новая технология позволяет уловить электрические сигналы внутриклеточных процессов и ответ на терапию.

Подробное описание исследования, посвященного созданию так называемого «stealth» зонда («умный» зонд) инженерами Стэндфордского университета в Калифорнии, опубликовано в мартовском номере Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS.

Руководитель данного проекта и лаборатории профессор Ник Мелош. Суть изобретения состоит в том, что Зонд повторяет форму естественных отверстий в клеточной мембране. С определенными усовершенствованиями такая модель может стать способом доставки лекарства прямо внутрь пораженной клетки. Кроме того, исследователи предположили, что разработанный ими зонд может оказаться крайне полезным в сфере нейропротезирования, например, позволив мышцам человека управлять протезом руки или дав психиатрам и психотерапевтам возможность лечить депрессию имплантами, установленными в головной мозг.

Напомним, что последним крупным достижением области нейропротезирования стала разработка массива из микроэлектродов, который расположен на поверхности мозга человека (рис.1). Цель этой разработки – помочь парализованным людям снова научиться управлять компьютером посредством мыслей.

Рис. 1. Массив из микроэлектродов

Разработанный зонд способен фиксировать все процессы, происходящие внутри клетки, в течение недели. Это первый прибор, способный регистрировать клеточные импульсы без нарушения целостности клеточной стенки. Все существовавшие до настоящего момента техники зондирования клетки травмировали ее стенку, и их максимальная длительность регистрации клеточных процессов составляла несколько часов — от момента введения зонда до гибели клетки. Длина устройства составляет 600 нанометров. После внедрения в клеточную мембрану зонд настолько вписывается в ее естественную форму, что его уже невозможно отделить от клетки. Подобное свойство было получено благодаря использованию белка внутренней поверхности клеточной мембраны, в норме играющего роль «пропускника» для всех молекул, поступающих в клетку или выходящих из нее. Ученые создали синтетическую модель подобного белка и использовали ее в качестве основы структуры зонда.

Тонкая металлическая оболочка зонда позволяет фиксировать электрические сигналы внутри клетки. Ученые использовали три слоя металлов: тонкий золотой слой между двумя хромовыми прослойками — в качестве имитации естественной структуры мембранных белков.

Касательно применения новой разработки в медицине, профессор Мелош отметил, что она окажется очень полезной тем, кто занимается изучением клеток, активно взаимодействующих за счет электрических импульсов. Ярким примером являются нервные клетки — нейроны (рис.2), передающие импульсы по всей нервной системе: от головного мозга вниз к спинному, а затем к периферическим нервным волокнам.

Рис. 2. Фотографическое представление сети нейронов

В итоге ученые во главе с профессором Мелошем хотят разработать на базе созданного ими зонда дополнительный доступ в клетку, через который можно было бы доставлять препараты, измерять электрическую активность и управлять внутриклеточными процессами. Проведенное исследование уже подтвердило, что нанозонд является перспективной платформой для разработки подобных устройств. Уже начато изучение работы зонда в культуре живых клеток человеческого организма, таких как эритроциты.