Ученые из Института биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН разработали новый метод образования пор на основе слоев золотых нанозвезд с применением лазерного облучения. Широкий диапазон настраиваемых условий позволяет создать комфортную среду для доставки веществ в различные типы клеток.

Результаты работы опубликованы в журнале Journal of biophotonics. Исследования поддержаны грантом Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда (РНФ).

Системы доставки веществ в клетки имеют большое значение для клинических и лабораторных биомедицинских исследований. Новейшие методики на основе вирусных агентов, химического воздействия и микроинъекций направлены на достижение максимальной эффективности при обеспечении высокой жизнеспособности клеток. Однако ни один из известных на сегодняшний день методов в полной мере не удовлетворяет таким требованиям, как совместимость с различными типами клеток и доставляемыми объектами, минимальная токсичность, максимальная эффективность, относительная дешевизна и простота исполнения.

Авторы новой работы разработали метод доставки при помощи золотых нанозвезд — наночастиц звездообразной формы с острыми шипами. Исследователи получили их методом восстановления ионов золота на сферических зародышах из этого же металла. Далее нанозвезды были нанесены в виде единичных слоев на поверхность пластика. На подготовленные таким образом подложки высадили клетки. При облучении их лазером вблизи поверхности наночастиц пробегает электромагнитная волна, которая и переносит доставляемые вещества в клетку.

Затем для проверки эффективности разработанного метода ученые с его помощью внесли pGFP (кольцевую ДНК с геном, кодирующим флюоресцирующий белок) в клетки HeLa — линии рака шейки матки человека. Такая комбинация модельных клеток и доставляемого объекта выбрана в силу частого использования клеток HeLa при клинических и биохимических исследованиях и простоты проверки (клетки, в которые успешно доставлена pGFP, светятся). Эффективность разработанного метода для модельных клеток оказалась более 95%. Создание комфортных для клеток условий привело к практически абсолютной их выживаемости (около 92%), в то время как при доставке одним из самых популярных способов – при помощи химического агента TurboFect — выжило около 75% клеток.

Разработанный способ образования пор в клетках проще и дешевле, чем традиционные коммерческие системы доставки молекул в клетку. К достоинствам метода можно также отнести отсутствие прямого контакта целевых веществ и клеток с наночастицами, что снижает вероятность повреждения клеток и доставляемых веществ, а шипастая поверхность нанозвезд создает комфортные условия для роста и адгезии клеток (прикрепления клеток друг к другу и к поверхности). Это делает способ применимым для доставки широкого спектра молекул в различные клетки.

«Мы разработали и оптимизировали новую платформу для создания пор в клетках на основе монослоев золотых нанозвезд с применением непрерывного лазерного излучения. С помощью этого метода можно произвести высокоэффективную внутриклеточную доставку различных веществ в деликатных для клеток условиях. Мы предполагаем, что методы с применением подобных наночастиц могут быть альтернативой существующим технологиям внутриклеточной доставки биомолекул для использования в генотерапии, адресного внесения лекарственных препаратов, получения модифицированных культур клеток и других биомедицинских исследованиях», — поясняет научный сотрудник Института биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН Тимофей Пылаев.