Покрывая поверхность липосом ферментами — белками, катализирующими химические реакции, — команда исследователей из Пенсильванского университета смогла контролировать направление движения протоклетки в химическом градиенте в микрофлюидном устройстве. Статья ученых была опубликована в журнале Nature Nanotechnology.

«Представьте будущее: в нем будут лекарства, доставляемые крошечными «ботами», которые могут транспортировать вещество в конкретное место — туда, где оно необходимо, — говорит руководитель исследовательской группы, профессор Пенсильванского университета Аюсман Сен. — В настоящее время, если у вас инфекция в ноге и вы принимаете антибиотик, он распространяется по всему телу. Таким образом, чтобы в нужном месте было необходимое количество антибиотика, необходима высокая доза. Если мы сможем контролировать направление движения лекарственного средства, мы не только уменьшим дозу препарата, но и можем увеличить скорость его доставки».

Один из способов решения проблемы адресной доставки лекарств — создание такой системы, которая распознает и перемещается в направлении специфических химических сигналов, исходящих из очага инфекции. Это явление называется хемотаксисом. Многие организмы используют хемотаксис как стратегию выживания, чтобы найти пищу или избежать токсинов.

Предыдущие работы показали, что ферменты могут двигаться благодаря хемотаксису, потому что реакции, которые они катализируют, производят энергию, которую можно использовать. Но большая часть этой работы была сосредоточена на позитивном хемотаксисе, движении к химическому веществу. Однако еще ни разу не был продемонстрирован «настраиваемый» хемотаксис — способность управлять «маршрутом» движения структуры, направляя и отклоняя различные химические сигналы.

В своей новой работе исследователи создали липосомы — небольшие структуры, построенные из молекул жиров одинакового размера. Затем они присоединяли различные ферменты к внешней поверхности этих протоклеток. Для этого исследования авторы использовали каталазу, уреазу и АТФазу. Эти ферменты преобразовывают реагенты в конечные продукты. Каталаза, например, преобразовывает перекись водорода в воду и кислород.

«Мы помещали покрытые ферментами липосомы в микрофлюидное устройство, которое поддерживает градиент либо исходного вещества реакции, либо ее продукта, — рассказал ведущий автор статьи, аспирант Пенсильванского университета Амбика Сомасундар. — Затем мы измеряли, как липосомы двигаются к конкретным химическим веществам или от них».

В своих экспериментах ученые заметили, как покрытые каталазой липосомы двигались к нужному реагенту, в то время как покрытые уреазой протоклетки удалялись от запрограммированного заранее вещества. Покрытые АТФазой протоклетки двигались как к исходному веществу, так и от него — в зависимости от концентрации.