Группа российских ученых из Института общей физики, Института биоорганической химии и МФТИ под руководством Максима Никитина придумали способ использовать нано- и микрочастицы для логических вычислений посредством биохимических реакций. Причем речь идет о внеклеточном биокомпьютинге, который реализовать гораздо сложнее, чем вычисления с использованием биомолекул внутри клеток, использующие естественный биомолекулярный клеточный инструментарий. Потенциально эта работа может открыть путь к новым методам терапии, например, прицельной доставке лекарств в клетки-мишени, причем в нужные моменты времени. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.
Известно, что в традиционных электронных устройствах логические элементы используют ток или напряжение. В биохимических системах результат логикой операции может быть представлен, соответственно, биохимическими средствами.
Чтобы наночастица могла производить логические операции, ее снабжают специальным покрытием, нужным образом реагирующим на внешние раздражители (иными словами, сигналы). Вот как, например, было получено логическое «И» (AND). Шарообразная частица была специальными слоями молекул. Внешний слой исполнял роль замка с двумя ключами: он состоял из двух типов молекул, каждый из которых отделялся только при контакте с определенным веществом. Следовательно, чтобы обнажить основную частицу и тем запустить ее взаимодействие с внешним биохимическим «сигналом», необходимо было присутствие обоих веществ одновременно — только тогда удалялся внешний слой.
Эта работа позволяет создать наночастицы, способные включаться только если выполняются два логических условия, например, «сахар: много» и «инсулин: мало». На выходе будет получена команда повысить уровень инсулина. То же относится к опухолям и воспалениям, где присутствуют вещества, которых нет в здоровых частях тела. Кроме того, благодаря этому механизму можно минимизировать повреждения здоровых частей организма, то есть снизить побочные эффекты применения терапии.
Источник иллюстрации: ru.123rf.com
