Ультразвук активирует наночастицы в иммунных клетках для целенаправленного воспалительного ответа
Пьезоэлектрические наночастицы, доставленные внутрь иммунных клеток и дистанционно стимулируемые ультразвуком, могут запускать защитную реакцию организма. К такому выводу пришла междисциплинарная группа исследователей из Бостонского колледжа.
Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports.
Как пьезоэлектрические наночастицы активируют иммунные клетки
Использование пьезоэлектрических частиц для активации макрофагов — клеток, центральных для иммунного ответа организма, — потенциально может позволить точно и по требованию активировать клетки непосредственно в месте инфекции или опухоли. Это позволит избежать токсичности и побочных эффектов, связанных с системным введением лекарств.
«Мы хотели выяснить, можем ли мы использовать физику в форме пьезоэлектричества и ультразвука для контроля биологии — направляя дифференцировку иммунных клеток — таким образом, чтобы управлять воспалением и, в более широком смысле, понять, как клетки согласованно реагируют на разнообразный набор биофизических стимулов», — сказал соавтор исследования, профессор физики Майкл Дж. Нортон.
Пьезоэлектрические материалы генерируют электрический заряд при механическом напряжении, например, от ультразвука, и также могут деформироваться при приложении электрического поля. В данном случае исследователи использовали титанат бария.
Команда использовала наночастицы для изучения макрофагов млекопитающих, которые особенно чувствительны к биологическим и биофизическим стимулам. Иммунные клетки, поглотившие наночастицы и подвергшиеся биоэлектрическому эффекту ультразвука, активировались в форму, способную бороться с инфекцией, атаковать опухоли и потенциально усиливать существующие терапевтические подходы.
Потенциал для терапии рака и будущие исследования
Исследователи также сделали неожиданное открытие.
«Мы обнаружили, что слишком высокая мощность ультразвука может убивать клетки, содержащие наночастицы, поэтому мы снизили мощность, чтобы избежать этого, — сказал Нортон. — Позже мы осознали, что можем убивать клетки с помощью этого метода. Это заставило нас задуматься: а как насчёт рака?»
Команда начала тестировать метод «наночастицы + ультразвук» в качестве терапии против рака и теперь планирует развивать его как противораковое лечение.
Исследователи сотрудничают с учёными из Йельской школы медицины, которые добавили радиоактивную метку к наночастицам, чтобы их можно было отслеживать внутри раковых клеток с помощью ПЭТ-визуализации. Это потенциально может быть использовано в фокусированной ультразвуковой терапии рака, сочетающей диагностическую визуализацию и терапевтическое лечение одновременно.
Поскольку иммунные клетки особенно чувствительны к биофизическим сигналам, важным следующим шагом является понимание того, как клетки реагируют на такие сигналы.
«Основываясь на полученных данных, мы предполагаем, что биофизическая регуляция иммунных клеток включает образование внутри клеток маленьких капель, которые изолируют определённые гены и поддерживают ключевые клеточные активности, в конечном итоге контролируя гены, необходимые для жизни, — сказал соавтор исследования, профессор биологии Тимоти Коннолли. — Если это так, это может представлять собой новый, универсальный биофизический код биологии».
Такой код мог бы помочь объяснить, как биологические клетки согласованно реагируют на широкий спектр физических или экологических условий, влияющих на разнообразные клеточные фенотипы — от рака и старения до активации иммунных клеток.
Чтобы исследовать эту гипотезу, команда планирует провести генетическое секвенирование отдельных клеток, чтобы найти общность между биофизически и биологически регулируемыми клетками.