Исследователи стремятся использовать энергию сперматозоидов для нанороботов

Ученые из Корнеллского университета работают над использованием того же источника энергии, что приводит в движение сперматозоиды, для питания наноразмерных роботов или, например, доставки химиотерапевтических препаратов или антибиотиков к целевым участкам в организме. Результаты были представлены на 47-й ежегодной встрече Американского общества клеточной биологии (ASCB) 3 декабря в Вашингтоне.

Разобрав на отдельные этапы биологический путь, который сперматозоиды используют для генерации энергии, исследователи планируют воспроизвести этот путь для использования в искусственном устройстве.

"Наша идея — это не конечный продукт, а скорее система доставки энергии", — заявил Алекс Тревис, старший автор исследования, доцент репродуктивной биологии в Институте здоровья животных Бейкера при Колледже ветеринарной медицины.

"В качестве доказательства принципиальной работоспособности такой стратегии мы показали, что первые два фермента могут быть присоединены к одному чипу и действовать последовательно", — добавила Чинацу Мукаи, соавтор и научный сотрудник в лаборатории Тревиса.

Средняя часть сперматозоида между головкой и длинным хвостом содержит митохондрии, органеллы, генерирующие энергию клетки. Однако у сперматозоидов также есть второй источник энергии для питания хвоста. Они используют процесс, известный как гликолиз, который расщепляет глюкозу для получения АТФ — универсальной энергетической "валюты" клеток.

Путь гликолиза требует 10 ферментов. С помощью специальных "таргетинг-доменов" сперматозоиды прикрепляют эти ферменты к фиброзной оболочке, идущей вдоль хвоста. В данном исследовании ученые пытаются воссоздать этот гликолитический путь, модифицируя таргетинг-домен каждого белка так, чтобы он мог связываться с ионами никеля на искусственном чипе.

На данный момент им удалось успешно присоединить три из 10 ферментов, необходимых для производства АТФ из глюкозы, и каждый из них сохранил функциональность. Если удастся присоединить все 10 ферментов, каждый из них, в принципе, будет действовать последовательно, чтобы в конечном итоге генерировать АТФ для питания наноустройства. В организме такое устройство могло бы использовать в качестве топлива легкодоступную глюкозу крови.

Потенциальные области применения включают системы доставки, загруженные химиопрепаратами или антибиотиками, для воздействия на специфические клетки. Такая система позволила бы врачам обеспечивать постоянные дозы, уменьшая побочные эффекты, возникающие при лечении всего организма.

Группа Тревиса пытается получить финансирование для завершения присоединения остальных ферментов гликолитического пути. "У нас есть предварительный патент, так что если компания проявит интерес, мы могли бы также договориться с ними", — сказал Тревис.

Поскольку исследователи планируют лишь воссоздать биологический путь, используемый сперматозоидами для создания энергии, для разработки жизнеспособных систем доставки и других инновационных применений потребуется вклад биоинженеров, а также различных врачей и ветеринаров, подчеркнул Тревис.

Источник: Корнеллский университет