Наномедицина: конец «методу проб и ошибок» в дизайне
Одна из целей наномедицины — создание крошечных частиц, способных находить больные клетки и проникать внутрь них. Наночастицы могут доставлять лекарства в клетки, служить метками для МРТ и других диагностических тестов, а в перспективе даже проникать в ядро клетки для ремонта повреждённых генов. Однако их проектирование сегодня больше похоже на удачу, чем на инженерную задачу.
Всё в наномедицине сейчас — это метод проб и ошибок в отношении биологической судьбы наночастиц. Нет систематического понимания, как спроектировать частицу для достижения конкретной цели, например, чтобы она попала в клетку или направилась в определённую её часть.
Исправить эту ситуацию призван грант в $3 млн от Национальных институтов здравоохранения (NIH) в рамках программы Grand Opportunity (GO), финансируемой по закону о восстановлении и реинвестировании американской экономики (ARRA). Над проектом работают 12 лабораторий в Техасском медицинском центре, включая три из Университета Райса.
Проблема: многообразие и непредсказуемость
Проблема в том, что наночастицы бывают разных форм, размеров и изготавливаются из разных материалов: сферы, длинные тонкие трубки, частицы из биоразлагаемого пластика, золота, углерода или полупроводниковых металлов. Иногда решающую роль играет именно размер.
Это демонстрирует видео, созданное исследователем из Райса Чжунхэ Су. На нём видны частицы одного материала и химического состава, но разного размера, помеченные разными флуоресцентными красителями. Красные частицы движутся медленно, а зелёные — быстро перемещаются по клетке. Это показывает, как размер влияет на поведение внутри клетки.
Метод: отслеживание в реальном времени
В отличие от других исследований, которые полагаются на снимки мёртвых клеток, лаборатория Су использует метод отслеживания единичных частиц (single-particle tracking) в живых клетках. С помощью конфокальной микроскопии создаются видео движения частиц, а затем специальное ПО анализирует их скорость и области притяжения.
В рамках двухлетнего исследования будут изучены восемь классов наночастиц:
- Углеродные нанотрубки (фуллерены)
- Квантовые точки (полупроводниковые нанокристаллы)
- Золотые наностержни и наносферы
- Нанооболочки (нанопатицы с стеклянным ядром и золотой оболочкой, изобретённые в Райсе)
- Органические частицы из полиэтиленгликоля и хитозана
Цель: создание базы данных для прогнозирования
Лаборатория Су проведёт прямое сравнение частиц, предоставленных другими 11 лабораториями. Цель — выявить корреляции между физико-химическими свойствами наночастиц (размер, форма, материал) и их внутриклеточным поведением.
В результате команда надеется создать базу данных, которая предскажет, как частица с заданными параметрами будет вести себя в клетке. Это ускорит разработку новых методов лечения, так как для разных задач (доставка лекарства, диагностика) частицы должны попадать в разные части клетки.
Проект объединяет специалистов из Университета Райса, Научного центра здоровья Университета Техаса в Хьюстоне и Бейлорского медицинского колледжа. Грант GO от NIH призван поддержать масштабные исследования, способные дать быстрый прорыв в биомедицине.