Группа исследователей из MIT (Массачусетский Технологический институт, США) под руководством Альфредо Александр-Катца (Alfredo Alexander-Katz), адъюнкт-профессора материаловедения и инженерных наук, открыла новый механизм, который позволяет искусственным микроскопическим устройствам автономно находить путь к определенным областям на поверхности клетки. Это открытие описано в статье в журнале Physical Review Letters.
«Наша идея была такова: можно ли создать синтетическую активную систему, которая чувствовала бы изменение плотности биологических рецепторов, — сказал Александр-Катц. — До сих пор ничего подобного известно не было». У клеток есть путь локализации областей, которые отличаются некоторыми химическими параметрами — этот процесс называется хемотропизм. Именно им пользуются белые кровяные тельца, чтобы отыскать участки, где болезнетворные микроорганизмы атакуют тело клетки. Целью исследования было продемонстрировать способность микроскопических «ходоков» найти путь к более высокой концентрации рецепторов в живой клетке.
Система похожа на то, как бактерии находят нужные им питательные вещества. Она без внешнего управления выявляет области на поверхности клетки и движется туда, где трение больше — именно там должна быть более высокая концентрация рецепторов. Система использует пару связанных частиц с магнитными свойствами. В присутствии магнитного поля спаренные частицы начинают «кувыркаться» по поверхности — сначала одна контактирует с поверхностью, за ней — другая, создавая иллюзию «шагов» по поверхности.
Природа разработала целый спектр методов для управления отдельными клетками, энзимами и молекулами внутри тела: белые кровяные тельца могут отыскать путь к месту заражения инфекцией, а клетки, заживляющие раны, перемещаются к месту повреждения. Однако реализовать то же самое для искусственных материалов внутри тела гораздо сложнее.
У этого метода может быть множество интересных приложений, считает Александр-Катц. Например, с его помощью можно будет отыскивать опухолевые клетки в организме по свойствам их поверхности, возможно, в сочетании с их другими характеристиками. Магнитных «ходоки» можно направить к местам с более высоким трением, где они смогут начать взаимодействовать с поверхностью через активные молекулы, прикрепленные к ним.
«Система очень гибкая и многоцелевая», — сказал Александр-Катц, объяснив, что она позволяет прикреплять к «ходокам» разные агенты, чтобы влиять на нужные области требуемым образом или следить за ними различными способами.
Пока исследование проводилось на модели клеточной поверхности с помощью микроскопа, но эффект должен быть аналогичным и на живых клетках, считает Александр-Катц. Теперь ученые планируют проводить работы на трехмерных структурах, которые больше соответствуют реальной жизни.
Источник иллюстрации: Массачусетский технологический институт/ Предоставлено Хуаном Арагонесом, Джошем Стаймелем и Альфредо Александром-Кацем.
