Наносенсоры кислотности для клеток
Ученые создали первые сенсоры размером в нанометры (миллиардные доли метра), способные определять кислотность окружающей среды, сообщает Nano World.
Эти сенсоры впервые позволяют биологам точно измерять кислотность (pH) в реальном времени внутри живых клеток и тканей в широком диапазоне. Это может помочь, например, определить, является ли опухоль злокачественной. Современные методы требуют биопсии — болезненной и инвазивной процедуры. Новые сенсоры в будущем смогут измерять pH внутри опухоли всего лишь с помощью инъекции.
«Биологи и биоинженеры очень воодушевлены возможностями, которые открывают эти сенсоры для измерений и открытий», — говорит ведущий исследователь Наоми Халас, директор лаборатории нанофотоники Университета Райса в Хьюстоне.
Сенсоры созданы на основе нанокапсул. Эти наночастицы, каждая из которых в сотни раз меньше клетки, состоят из непроводящего кремнезёмного ядра, покрытого тонкой металлической (обычно золотой) оболочкой. Оболочка может быть настроена на поглощение или рассеяние определённых длин волн света.
Чтобы создать pH-наносенсор, команда Халас покрыла нанокапсулы pH-чувствительным соединением pMBA (пара-меркаптобензойной кислотой). При помещении в растворы с разным pH и освещении лазерами ближнего инфракрасного диапазона сенсоры демонстрировали небольшие, но легко различимые изменения в свойствах рассеянного света. При расшифровке эти изменения позволяют определить pH локального окружения сенсоров с высокой точностью — до 0.1 единицы pH. «Это самый интересный аспект — точность», — отмечает химик Ричард Ван Дайн из Северо-Западного университета.
В отличие от pH-чувствительных красителей, которые возбуждаются и излучают в видимом свете (что «сильно ограничивает их использование в живых системах»), эти pH-наносенсоры работают в ближнем инфракрасном диапазоне, который легко проникает сквозь ткани и кровь. Красители также вытекают из клеток, что не позволяет проводить локальные измерения в наномасштабе, и не могут обеспечивать непрерывный сигнал в широком диапазоне pH.
Эти наносенсоры могут помочь при трансплантации клеток для лечения диабета. Островковые клетки поджелудочной железы, вырабатывающие инсулин, разрушаются при диабете. «Трансплантация отдельных клеток сопряжена с техническими проблемами: куда они попадают, остаются ли живыми, как их отслеживать?» — говорит Халас. Мониторинг изменений pH может показать, живы ли трансплантированные клетки и производят ли они инсулин.
В будущем Халас и её коллеги могут передать лицензию на разработку этих устройств компании Nanospectra Biosciences в Хьюстоне, сооснователем которой она является. Результаты исследования опубликованы в журнале Nano Letters.