Метод учёных на основе золота открывает перспективы для изучения мозга и тестов на вирусы
Исследователи из Техасского университета в Далласе разработали перспективный метод дистанционной стимуляции активности в глубоких областях мозга. Этот подход углубляет понимание действия молекул в мозге и открывает путь к улучшенным методам лечения рака и терапии других заболеваний.
В основе метода лежит мощная комбинация золотых наночастиц и лазеров, которая также играет ключевую роль в другом проекте университета, направленном на создание быстрого диагностического теста на грипп и, возможно, вирус COVID-19.
Золото для нейромодуляции
Свет — важный инструмент для модуляции биологических систем, но поглощение и рассеяние в биологических тканях сильно ограничивают его проникновение. Разработанная система заключает молекулы в микроскопические капсулы, покрытые золотом (нановезикулы), которые могут быть очень чувствительны к ближнему инфракрасному излучению.
Это может решить проблемы в лечении заболеваний, например, обеспечить доставку лекарства к труднодоступным опухолям в глубоких областях мозга, минимизируя повреждение здоровых тканей. Нановезикулы с «грузом» вводятся в ткань мозга. Внешние лазеры ближнего ИК-диапазона, проникающие сквозь ткань, заставляют капсулы открываться и высвобождать препарат. Исследователи описали подход и результаты тестов на животных в статье в журнале Angewandte Chemie.
«Наша система преобразует свет в механическую волну, которая встряхивает и открывает везикулу», — говорит доктор Чжэньпэнь Цинь, ведущий автор исследования.
Другие учёные использовали ближний инфракрасный свет для активации наночастиц с лекарствами (например, фосфолипидных липосом), которые высвобождают содержимое при нагреве лазером. Однако подход Циня с золотыми нановезикулами требует примерно в 40 раз меньше лазерной энергии.
В тестах на животных ближний ИК-свет проникал в мозг на 4 миллиметра, что достаточно для достижения большинства целевых областей. По словам Циня, этого проникновения хватит, чтобы достичь целей в глубоких отделах мозга грызунов для ответа на важные вопросы нейромодуляции.
Хотя системе нановезикул требуется дальнейшая разработка, в будущем её можно будет применять при неврологических расстройствах или других видах рака. Соавтор исследования доктор Хэцзянь Сюн получил стипендию для изучения использования золотых нановезикул и сверхкоротких ИК-лазеров для таргетного облегчения послеоперационной боли, что может снизить потребность в опиоидах.
Тестирование на инфекционные заболевания
В отдельном проекте Цинь получил грант в $293 000 на разработку быстрого, точного и недорогого теста для кабинетов врачей на инфекционные заболевания, включая грипп. Принцип тестирования также может быть применён для диагностики COVID-19.
Существующие быстрые тесты на грипп могут пропускать инфекцию в 30–50% случаев. Образцы приходится отправлять в лабораторию, что занимает дни.
«Мы хотим повысить чувствительность тестов, чтобы врачи могли сразу принять решение на месте», — говорит Цинь.
В методе тестирования золотые наночастицы присоединяются к молекулам антител, которые распознают и связываются с белками на поверхности вирусов. Короткие лазерные импульсы активируют наночастицы для генерации нанопузырьков. Накопление этих нанопузырьков сигнализирует о присутствии вируса.
«Обнаруживая и подсчитывая нанопузырьки оптическими методами, мы можем быстро и чувствительно выявлять наличие специфических респираторных вирусов», — объясняет Цинь.
Одно из преимуществ подхода — отсутствие необходимости в сложной подготовке образца. Метод может ускорить диагностику и снизить затраты, устраняя необходимость в дорогостоящих лабораторных анализах. Его можно использовать для обнаружения одного или нескольких вирусов.
В перспективе тест может широко использоваться в больницах и клиниках без собственных лабораторий, однако диагностический метод требует дальнейших испытаний. Группа Циня работает не с живым коронавирусом, а только с вирусными генами, белками и антителами.