Ученые создали «наносубмарину» для доставки комплементарных молекул внутрь клеток

Исследователи разработали наночастицы, которые в определенных условиях самособираются, захватывая комплементарные молекулы-«гости» внутри своей структуры. Эти универсальные наноносители, подобно крошечным субмаринам, могут перемещаться в водной среде вокруг клеток и транспортировать свои молекулы через мембрану живых клеток для последовательной доставки груза.

Хотя доставка молекул внутрь клеток с помощью наночастиц уже достигалась ранее, новая разработка позволяет наночастицам обмениваться комплементарными молекулами. Для практического применения такие наносители крайне перспективны.

«Способность доставлять различные вещества внутрь клеток независимо и заставлять их взаимодействовать исключительно во внутриклеточной среде может стать ценной стратегией для активации лекарств внутри клеток», — объясняет профессор химии Франсиско Раймо, ведущий исследователь проекта.

Как работают наноносители

Новые наноносители имеют диаметр 15 нанометров. Это супрамолекулярные конструкции, состоящие из амфифильных полимеров. Они удерживают молекулы-«гости» внутри своего водонерастворимого ядра, а их водорастворимая внешняя оболочка позволяет перемещаться в водной среде. Это делает их идеальными для переноса молекул, нерастворимых в воде.

Ключевой механизм: обмен и перенос энергии

Попав внутрь живой клетки, частицы смешиваются и обмениваются своим грузом. Это взаимодействие позволяет осуществить перенос энергии между интернализованными молекулами. Если комплементарные доноры и акцепторы энергии загружены в частицы раздельно и последовательно, перенос энергии между ними происходит исключительно внутри клетки. В результате акцепторы испускают флуоресцентный сигнал, который можно наблюдать под микроскопом.

Основа динамики: нековалентные связи

Ключевую роль в этом механизме играют нековалентные связи, которые слабо удерживают супрамолекулярные конструкции вместе. Эти обратимые слабые связи отвечают за способность супрамолекул к самосборке в жидких средах и позволяют им обмениваться как компонентами, так и грузом.

Текущие ограничения и будущие планы

Эксперименты проводились на культурах клеток. Пока неизвестно, могут ли наночастицы путешествовать по кровотоку. «Это была бы мечта, но у нас нет доказательств, что они на это способны. Однако мы движемся именно в этом направлении», — говорит Раймо.

Следующий этап исследования — продемонстрировать, что этот метод можно использовать для проведения химических реакций внутри клеток, а не только переноса энергии. «Размер этих наночастиц, их динамический характер и тот факт, что реакции протекают в нормальных биологических условиях (при комнатной температуре и нейтральной среде), делают эти наночастицы идеальным средством для контролируемой активации терапевтических средств прямо внутри клеток», — отмечает Раймо.

Исследование «Intracellular guest exchange between dynamic supramolecular hosts» опубликовано в Journal of the American Chemical Society.