Современная медицина все больше овладевает неинвазивными методами диагностики и лечения, в чем ей по мере сил помогает нанотехнология. Одним из таких методов является оптогенетика, на предварительном этапе которой в мембрану нервной клетки необходимо встроить молекулу светочувствительного протеина, ген которого берется от примитивной морской водоросли. Затем этот белок освещают лазерным лучом, в результате чего в нейрон сквозь его мембрану поступает сигнал и в цитоплазме запускается ферментативный каскад, передающий импульс в ядро, где включаются соответствующие гены.

Подобным образом недавно удалось «запустить» мышечное моторное поведение у мышей, которое характерно для животных с моделью болезни Паркинсона. Однако как это можно судить даже из краткого описания оптогенетического метода, он сложен и достаточно дорог. Вполне возможно, что в оболочку нервных клеток ничего и не надо будет встраивать, поскольку в ней и так предостаточно разного рода белковых молекул (рецепторов), воспринимающих сигналы извне. Нанобиотехнология предлагает в полной мере воспользоваться этой возможностью не только для изучения, но и для управления реакцией нейронов.

Журнал Nature Nanotechnology поместил две статьи с описанием нового метода управления так называемыми ионными каналами нейронов температурной чувствительности с помощью углеродных наночастиц, активируемых с помощью фемтосекундных лазерных импульсов. Известно, что есть нервные клетки болевой чувствительности, реагирующие на горячее и холодное. Их термочувствительными датчиками являются молекулы белковых рецепторов, пронизывающие мембрану клетки. Подобные рецепторы имеют собственный ионный канал или тесно с таковым связаны. По получении температурного сигнала канал открывается, и в нервную клетку устремляются те же ионы кальция, запускающие ферментативный каскад, в результате чего и генерируется импульс, поступающий в мозг. Это уникальное свойство каналов и решили использовать ученые, которые с помощью активированных сверхкороткими лазерными импульсами углеродных частиц хотят стимулировать клеточное «потребление» для доставки в нейроны небольших молекул, протеинов и даже «лечебной» ДНК для лечения того же паркинсонизма и болезни Альцгеймера. Удобство и преимущество подобного подхода заключается в сохранении высокой степени жизнеспособности весьма чувствительных к внешним воздействиям нервных клеток.

Однако подобный подход пока возможен лишь в эксперименте, хотя никто не против использования нанолазеров, подводимых к поверхности нейронов. Но это перспектива пусть и близкого, но будущего, а сейчас предложено активировать наночастицы с помощью радиочастотных колебаний магнитного поля. Таким образом, к достаточно уже богатому арсеналу способов и методов манипулирования нейронной активностью добавился и принципиально новый, нанобиотехнологический, использующий высокую специфичность протеиновых молекул оболочки нервных клеток. Тем самым сделан еще один шаг в сторону от проторенной дорожки классических методов нейро- и электрофизиологии. А там и до биороботов будет недалеко.

Но врачам и ученым хватает забот и без биороботов. Взять хотя бы уже упоминавшуюся болезнь Альцгеймера, ведущим признаком которой является нейротоксическое воздействие выпадающего в виде бляшек амилоида, представляющего собой мутантный пептид, или фрагмент большого мембранного белка. За образование пептида отвечает фермент гамма-секретаза, «секретка» которой находится в нейронной оболочке. К сожалению, лекарственному воздействию на фермент мешает то, что он действует также и на важный протеин, запускающий развитие стволовых клеток. Ученые Йельского и Рокфеллеровского университета в Нью-Йорке нашли белок, активирующий секретазу, но только ее. Выключение гена этого белка у мышей с моделью болезни Альцгеймера приводит к тому, что амилоидных бляшек становится значительно меньше. Теперь можно представить себе, что подавления активности секретазы можно добиться и с помощью углеродных наночастиц.