Создание искусственных клеток с цитоскелетом для устойчивости к давлению

Исследовательская группа из Токийского университета сельского хозяйства и технологий, Токийского технологического института, Университета Кейо и Университета Тохоку успешно разработала искусственную цитоскелетную структуру для клеточных моделей (липосом или искусственных клеток), используя ДНК-нанотехнологии. Показано, что липосомы с такой структурой почти так же прочны, как живые клетки.

Липосомы широко используются, например, в качестве капсул для доставки лекарств и в косметике. Однако их мембрана хрупкая, что приводит к коллапсу от слабых воздействий и легкой утечке заключенных веществ. Для улучшения функции липосом как капсул требовался метод повышения их прочности.

Для увеличения прочности липосом исследователи создали сетевидную структуру из ДНК, поддерживающую мембрану, подобно цитоскелету в живых клетках (рис. 1A). Использованные нити ДНК связываются друг с другом и образуют сетчатую структуру при понижении температуры (рис. 1B). Благодаря отрицательному заряду ДНК и силе притяжения к положительно заряженному внутреннему слою липосомы, удалось сформировать ДНК-цитоскелет, непосредственно поддерживающий мембрану.

Обычные липосомы легко разрушаются даже при небольшом осмотическом давлении. В отличие от них, липосомы с разработанным ДНК-цитоскелетом выдерживали осмотическое давление, сравнимое с тем, которое предполагается в организме (рис. 2). Упрочняющая функция обусловлена сетчатой структурой ДНК, а её прочность можно контролировать, проектируя последовательность нуклеотидов. Поскольку искусственный цитоскелет создан из ДНК, в будущем ему можно придать дополнительные функции, например, запуск разрушения мембраны для контролируемого высвобождения веществ на основе химических реакций ДНК.

Результаты исследования опубликованы в онлайн-версии журнала Proceedings of the National Academy of Sciences 26 июня 2017 года.