Наношпионы проникают в ядро клетки

Биоинженеры из Университета Дьюка разработали метод, позволяющий не только проникать через стенки отдельных клеток, но и доставлять молекулярные "шпионы" прямо в их командный центр — ядро. Там они могут передавать важную информацию или доставлять полезные грузы.

Учёные использовали наночастицы серебра, покрытые белком вируса ВИЧ, который обладает уникальной способностью проникать в человеческие клетки. Эксперименты показали, что эти частицы могут попасть во внутренние структуры ядра и детектировать слабые световые сигналы от "шпиона".

Для эффективности наношпионам необходимо преодолеть не только первую линию защиты клетки — клеточную стенку, но и проникнуть в ядро.

Конечная цель — обнаружить самый ранний момент, когда генетический материал внутри клетки начинает становиться аномальным, что ведёт к различным нарушениям, особенно к раку. Метод также демонстрирует, как лекарства или другие грузы можно доставлять непосредственно в ядро.

"Этот новый метод проникновения в ядро клетки и детектирования происходящих там процессов имеет явные преимущества перед существующими", — сказала Молли Грегас, аспирант лаборатории Туана Во-Динь.

"Возможность разместить эти наночастицы в ядре клетки и собирать информацию с помощью света имеет потенциальное значение для селективного лечения болезней", — добавила Грегас.

Исследователи сообщили о своих результатах в серии статей, последняя из которых вышла в Nanomedicine. Работа поддержана Национальными институтами здравоохранения (NIH).

Как это работает:

• Носитель: Исследователи соединили мельчайшие частицы серебра (металл, не отторгаемый клетками и эффективно отражающий свет) с небольшой частью белка ВИЧ, ответственного за его высокоэффективную способность проникать в клетку и её ядро.
• Безопасность: Используется только способность ВИЧ обходить клеточную защиту, в то время как его способность захватывать генетический аппарат клетки и вызывать болезнь устранена.
• Детекция: Для подтверждения успешного проникновения наночастиц и их грузов в ядро используется оптическая техника поверхностно-усиленного комбинационного рассеяния (SERS), применяемая как чувствительный метод визуализации.

Принцип SERS:

Когда свет (обычно от лазера) попадает на образец, целевая молекула вибрирует и рассеивает свой собственный уникальный свет (комбинационное рассеяние). Однако этот сигнал крайне слаб. Когда целевая молекула связана с металлической наночастицей, отклик комбинационного рассеяния многократно усиливается за счёт эффекта SERS — часто более чем в миллион раз.

"Наша конечная цель — разработать наноразмерную систему доставки, которая может "сбрасывать" свой груз — в данном случае наночастицы с присоединёнными агентами — в клетку для повышения эффективности лекарственной терапии", — сказал Туан Во-Динь.

"Теоретически мы можем "загрузить" эти наночастицы многими интересующими нас вещами — например, нанозондом для ракового гена — и доставить его в ядро клетки. Это даст нам сигнал тревоги о болезни на самой ранней стадии, что позволит провести более быстрое и эффективное лечение".

Текущие эксперименты проводились на живых клетках в лаборатории. Новые исследования сосредоточены на применении этого подхода на животных моделях, чтобы определить, как он работает в сложной живой системе.