Эксперименты на животных являются предметом критики на протяжении десятилетий, но никакой реальной перспективы отойти от них в ближайшее время не существует. Количество тестов с участием лабораторных животных в действительности только растет. Немецкие исследователи нашли альтернативный подход: они надеются, что потребность в испытаниях на животных позволят снизить сенсорные наночастицы.

Ежегодно во имя науки умирает бесчисленное количество мышей, крыс и кроликов, и ситуация становится все хуже: если в 2005 году немецкие лаборатории использовали для научных исследований 2.41 миллиона животных, то к 2009 году эта цифра выросла до 2.79 миллиона. Треть из этих животных была предназначена для фундаментальных биологических исследований, большинство же – для изучения конкретных заболеваний и разработки лекарственных препаратов и медицинских приборов. Людям нужны безопасные лекарства и хорошо переносимые методы лечения, но вряд ли кто-либо испытывает радость от необходимости использования животных для их тестирования. Именно поэтому ученые потратили годы на поиски методов, которые могут их заменить.

Исследователи из Общества Фраунгофера (Fraunhofer-Gesellschaft) (Fraunhofer-Einrichtung für Modulare Festkörper-Technologien, EMFT) в Мюнхене нашли альтернативу: для сокращения количества проводимых на животных экспериментов они надеются использовать новые наносенсоры.

«Для изучения эффектов химических веществ и связанных с ними потенциальных рисков мы в основном используем пробирки. Мы берем живые, выращенные в культуре клетки, выделенные из человеческих и животных тканей, и подвергаем их воздействию исследуемого вещества», – объясняет доктор Дженнифер Шмидт (Jennifer Schmidt) из EMFT.

Если данная концентрация того или иного вещества ядовита для клетки, она умрет. Изменение в состоянии клетки можно сделать видимым с помощью сенсорных наночастиц, разработанных доктором Шмидт и ее группой.

Здоровые клетки запасают энергию в форме аденозинтрифосфата (АТФ). Чем активнее метаболизм этих мельчайших живых структур, тем выше уровень выработки АТФ. Если клетка сильно повреждена, она становится менее активной и, следовательно, вырабатывает меньше АТФ.

«Наши наносенсоры позволяют обнаруживать аденозинтрифосфат и определять состояние клеток. Это дает возможность оценить повреждающий эффект медицинских соединений или химических веществ», – продолжает доктор Шмидт.

Чтобы наночастицы могли регистрировать АТФ, ученые «оснастили» их двумя флуоресцентными красителями: зеленым красителем-индикатором, чувствительным к АТФ, и красным референсным красителем, не изменяющим своего цвета. Введенные в живые клетки наночастицы наблюдают под флуоресцентным микроскопом. Степень свечения наночастиц зависит от количества присутствующего в клетке АТФ. Чем более желтым получается изображение, тем более активны клетки. Если их состояние нарушено, изображение будет более красным.

Желтый сигнал наносенсоров на изображении (справа) показывает, что клетки активны. При нарушении состояния клетки выглядели бы более красными.
В центре: сигнал чувствительного к АТФ красителя-индикатора; слева: сигнал референсного красителя.
(© Fraunhofer EMFT)

«В будущем для проверки эффективности только что разработанных химиотерапевтических препаратов мы могли бы использовать раковые клетки. Если наносенсоры обнаружат в клетках низкие концентрации АТФ, значит, новый препарат либо подавляет рост опухолевых клеток, либо даже убивать их», – говорит доктор Шмидт. «Наиболее перспективные вещества можно было бы изучить более подробно».

Разработанные группой Шмидт наночастицы отвечают самым высоким стандартам: они не ядовиты для клеток, могут легко проходить через клеточные мембраны и их даже можно направить в конкретные части клетки – туда, где действие, оказываемое испытуемым веществом, представляет наибольший интерес.

Но прежде чем эта процедура может быть использована на практике, она должна быть одобрена регулирующими органами, так что у специалистов из EMFT впереди долгий путь получения разрешений от различных официальных инстанций.

Эта перспектива, однако, не мешает ученым совершенствовать свою технологию и находить для нее новые приложения. Так, они рассчитывают использовать свои наночастицы для определения качества и пригодности для потребления упакованного мяса. С этой целью они разработали наносенсоры, способные определять концентрацию кислорода и токсичных аминов.