Живые клетки управляют ростом наноструктур
Исследователи из Sandia National Laboratories и Университета Нью-Мексико (UNM) показали, что обычные клетки дрожжей, бактерий и некоторых млекопитающих могут направлять построение наноконтейнеров (наноструктур), в которые они заключены.
Как это работает?
В процессе, напоминающем консультацию архитектора с будущими жильцами, живые клетки активно организуют липиды в многослойную мембрану во время высушивания раствора кремнезема (silica) и фосфолипидов с добавлением клеток. Эта мембрана служит не только интерфейсом между клеткой и окружающей наноструктурой из silica, но и шаблоном, направляющим её формирование.
Результат такого «клеточного архитектурного надзора»:
- Улучшенная структура удерживает воду, необходимую клетке для жизни.
- Исключается стресс от высушивания, что предотвращает образование микротрещин.
- Клетки становятся самодостаточными и не нуждаются во внешних буферных растворах.
Удивительная живучесть и приложения
Экстремальные условия: Заключенные таким образом клетки выживают в вакууме и под воздействием радиации. Образцы с дрожжами и бактериями уже были запущены на шаттле Discovery для испытаний на МКС в условиях космического вакуума и радиации.
Генетическая модификация: Клетки внутри наноструктур легко поглощают нанокомпоненты, внедренные на клеточной границе. Это позволяет эффективно вводить новую ДНК (плазмиды) для генетической модификации без стандартных стрессовых процедур вроде теплового шока или электропорации. Например, дрожжи можно модифицировать для свечения при контакте с токсином.
Практическое применение:
- Датчики: Создание дешевых, легких и долговечных сенсоров химических или биологических агентов.
- Медицинские модели: Долгоживущие клетки могут служить моделью для изучения dormancy (состояния покоя) бактерий, например, туберкулеза, который может decades оставаться неактивным in vivo.
- Защита поверхностей: Покрытия с высокой плотностью таких клеток могут генерировать сигналы, отпугивающие вредные бактерии от поверхности хирургических инструментов (катетеров).
- Лабораторные исследования: Метод spin-coating позволяет быстро подготовить клетки для микроскопии без сложной фиксации, предотвращая их усыхание в вакууме электронного микроскопа.
Финансирование и авторы
Работа финансировалась Sandia’s LDRD, DOE’s Basic Energy Sciences и (через UNM) ВВС США. Ведущий автор — Хелен Бака (Helen Baca), руководитель исследования — Джефф Бринкер (Jeff Brinker), профессор UNM и сотрудник Sandia.