Искусственные реснички: учёные создали наноструктурированную транспортную систему

Учёные из Кильского университета создали молекулы, имитирующие природные реснички (цилии) — органеллы, которые миллиарды лет используются бактериями для движения и присутствуют почти в любой человеческой клетке. Это достижение открывает путь к созданию автономно движущихся искусственных органелл и более эффективному производству химических соединений. Результаты опубликованы в журнале European Journal of Organic Chemistry.

В организме человека реснитчатый эпителий, подобно газону, покрывает дыхательные пути. В глотке и слизистой носа реснички непрерывно транспортируют слизь и содержащиеся в ней частицы к горлу (за исключением тяжёлых курильщиков, чьи реснички разрушены никотином и смолой). Целью исследователей было искусственно воспроизвести эту биологическую транспортную систему с помощью переключаемых молекул.

Хотя молекулы, которые извиваются под действием света, известны давно, направленное движение до сих пор было невозможным, потому что движения вперёд и назад компенсируют друг друга. Для создания чистого смещения ресничка должна биться только в одну сторону. Химики из Кильского университета (Коллаборативный исследовательский центр 677 «Функция через переключение») решили эту проблему с помощью молекулярной конструкции. Кроме того, чтобы привести молекулярные реснички в движение, учёные закрепили их на поверхности. «Мы прикрепили к переключателям своего рода молекулярную присоску», — объясняет руководитель проекта профессор Райнер Хергес.

Исследования показали, что эта присоска очень хорошо прилипает к золотым поверхностям. Учёные наблюдали, как молекулы автономно самоорганизуются на поверхности, плотно упакованные бок о бок, как апельсины на полке. «Присоски прилипают к поверхности, но остаются подвижными и притягиваются друг к другу», — поясняет докторант Тобиас Теллькамп. Таким образом формируется искусственный эпителий.

Следующим логическим шагом станет проверка, работает ли искусственный эпителий так же, как слизистая носа. В сотрудничестве с профессором Олафом Магнуссеном с физического факультета Кильского университета для визуализации светоуправляемого направленного транспорта наноскопических частиц будет использована атомно-силовая микроскопия (АСМ).

Полученные результаты представляют интерес не только для фундаментальной науки. С помощью искусственного реснитчатого эпителия становится возможной молекулярная нанофабрикация — машины молекулярного размера могли бы строить другие машины, специфично и точно позиционируя химические продукты. Таким образом, целые производственные линии могли бы поместиться на крошечном чипе. Другие возможные области применения включают искусственные органеллы, оснащённые молекулярными ресничками, которые управляются внешним стимулом; или, в более отдалённом будущем, они могли бы работать автономно в кровотоке и доставлять лекарства к месту заболевания.