Железные нанороботы-невидимки следят за живыми клетками в реальном времени

Исследователи из KAUST разработали новый метод, позволяющий вести неинвазивное наблюдение за живыми клетками в организме — отслеживать их местоположение и миграцию в реальном времени в течение многих дней.

В основе техники лежат магнитные нанопроволоки из железа с ядром и оболочкой, которые используются как нетоксичные контрастные агенты. Их можно имплантировать в живые клетки, и при сканировании с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ) они будут "подсвечивать" местоположение этих клеток в живом организме. Метод может найти применение в различных областях — от изучения и лечения рака до отслеживания клеточных методов лечения, таких как терапия стволовыми клетками.

Ранее команда Юргена Козеля показала, что нанопроволоки с ядром и оболочкой могут избирательно уничтожать раковые клетки комбинированной атакой: доставляя в клетки-мишени противораковый препарат, одновременно прокалывая клеточную мембрану и генерируя тепловые импульсы. Теперь, в сотрудничестве с исследователями из CIC biomaGUNE в Сан-Себастьяне (Испания), команда продемонстрировала, что тот же тип нанопроволок с железным ядром и оболочкой из оксида железа можно использовать для неинвазивной медицинской визуализации. Нанопроволоки потенциально могут служить "тераностическими" агентами, способными идентифицировать, отслеживать и затем уничтожать клетки-мишени.

"Маркировка и отслеживание клеток стали бесценным инструментом для научных и клинических применений, — говорит аспирант команды Козеля Альдо Мартинес-Бандерас. — Один из ключевых аспектов исследований по отслеживанию клеток — это чувствительность для обнаружения небольшого количества клеток после имплантации, поэтому сильная намагниченность и биосовместимость наших нанопроволок являются преимущественными характеристиками для МРТ-отслеживания".

Команда показала, что нанопроволоки хорошо работают в качестве контрастных агентов для МРТ даже при очень низких концентрациях, а их магнитный отклик можно настраивать, изменяя толщину оболочки. Биосовместимость нанопроволок позволила осуществлять долгосрочное отслеживание живых клеток. "Нанопроволоки взаимодействовали с клетками, не ставя под угрозу их выживаемость, функциональность или способность к пролиферации", — объясняет Мартинес-Бандерас. Меченые клетки можно было отслеживать как в клеточных культурах, так и после инъекции в живой организм. "Сильная намагниченность нанопроволок позволила обнаружить примерно 10 меченых клеток в мозге мыши в течение периода не менее 40 дней, что дало нам возможность проследить их точное местоположение и судьбу в животном", — говорит он.

"Эти нанопроволоки с ядром и оболочкой обладают различными дополнительными функциями, включая возможность магнитного управления для наведения на конкретное место, доставки лекарств или нагрева с помощью лазера, — говорит Козель. — Сочетание всего этого с возможностью отслеживания создает тераностическую платформу, которая может открыть путь для очень перспективных новых подходов в наномедицине".