Молекулярные нанодрели, управляемые светом, уничтожают раковые клетки

Молекулярные наномашины с мотором, приводимые в действие светом, способны просверливать отверстия в мембранах отдельных клеток. Это открывает перспективы как для доставки терапевтических агентов внутрь клеток, так и для прямого уничтожения больных клеток.

Исследователи из университетов Райса, Дарема (Великобритания) и Северной Каролины показали в лабораторных тестах, как роторы одно-молекулярных наномашин, активируемые ультрафиолетовым светом, могут вращаться со скоростью 2–3 миллиона оборотов в секунду и нарушать целостность клеточных мембран.

• Принцип работы: Ученые использовали моторы на основе разработок нобелевского лауреата по химии 2016 года Бернарда Феринги. Мотор представляет собой цепочку атомов, похожую на весло, которая при получении энергии движется в одном направлении. Будучи частью молекулы, нацеленной на клетку, этот мотор начинает вращаться при активации светом.
• Цель: Наномашины шириной около 1 нанометра можно запрограммировать нацеливаться на клетки, а затем либо проникать через их липидный бислой (толщиной 8–10 нм) для доставки лекарств, либо разрушать мембрану, убивая клетку.

Ключевые эксперименты и результаты

Работа, опубликованная в Nature, включала несколько этапов:

1. Синтетические мембраны: Лаборатория Ванга успешно протестировала способность моторов открывать искусственные липидные везикулы. При активации ультрафиолетом моторы пробивали стенку везикулы, что подтверждалось выходом флуоресцентного красителя.
2. Живые раковые клетки: Лаборатория Пала в Дареме протестировала моторы на живых клетках, включая клетки рака простаты человека.
   • Без активации: Моторы прикреплялись к поверхности целевых клеток, но не проникали внутрь.
   • С активацией УФ-светом: Моторы быстро «просверливали» мембраны. Моторы, нацеленные на клетки рака простаты, убивали их в течение 1–3 минут после активации. На видео было видно усиление «отпочковывания» (blebbing) — пузырения мембраны.
   • Контроль: Молекулы-контроли без мотора не убивали клетки при УФ-облучении, что исключило тепловое воздействие как причину разрушения.
3. Скорость и устойчивость: На проникновение мотора через мембрану требуется не менее минуты. Как отметил Джеймс Тур, «крайне маловероятно, что клетка сможет развить устойчивость к молекулярному механическому воздействию».

Перспективы и будущее

• Новые методы активации: Ученые предполагают, что в будущем роторы можно будет активировать с помощью двухфотонного поглощения, ближнего инфракрасного или радиоизлучения, что сделает метод более пригодным для лечения in vivo.
• Медицинский потенциал: Роберт Пал ожидает, что наномашины помогут в борьбе с устойчивыми к химиотерапии раковыми заболеваниями, такими как опухоли молочной железы и меланомы.
• Следующие шаги: Исследователи уже проводят эксперименты на микроорганизмах и мелкой рыбе, чтобы изучить эффективность in vivo. «Надежда — быстро перейти к испытаниям на грызунах, чтобы проверить эффективность наномашин для широкого спектра медицинских терапий», — сказал Тур.