"Данное направление интересно не только для доставки лекарств, но и создания компьютера, в котором вместо обычных кремниевых чипов будут использоваться биологические молекулы. Это откроет дорогу для высокоточного контроля химических процессов, "умных" лекарств и управления молекулярными машинами", – заявила Екатерина Скорб из Университета ИТМО в Санкт-Петербурге, чьи слова приводит пресс-служба Российского научного фонда.
Зарубежные и российские ученые все чаще экспериментируют с различными наночастицами для борьбы с раком, инфекционными заболеваниями или для лечения неинфекционных болезней. Как правило, их используют для доставки опасных токсинов внутрь опухоли или в очаг инфекции.
В других случаях наночастицы помогают удалению опухолей и уничтожению микробов и вирусов. Они прикрепляются к ним и играют роль мишени для иммунных клеток, либо становятся прицелом для луча лазера, нагревающего частицы и сжигающего клетки.
Скорб и ее коллеги объединили лучшие свойства этих двух типов наночастиц, экспериментируя со светочувствительным наноматериалом, своеобразным химическим "переключателем", который они открыли относительно недавно.
Он состоит из наночастиц двуокиси титана, способных расщеплять воду на атомарный кислород и водород при воздействии света. Если поместить такие частицы в раствор органических соединений, то производимый ими кислород начнет взаимодействовать с самыми уязвимыми молекулами, что приведет к резкому изменению кислотно-щелочного баланса.
Ученые задумались, может ли этот наноматериал управлять поведением более крупных наночастиц. К примеру, их можно собрать из "переключателей" и молекул, чья стабильность сильно меняется при падении или повышении уровня pH, что позволит "открывать" или "закрывать" подобные наночастицы при освещении лазером.
Руководствуясь этой идеей, Скорб и ее коллеги создали полые наночастицы, с оболочкой из полимерных нитей и вкраплений из оксида титана и серебра. Если их подсветить инфракрасным лазером, то вся эта конструкция разрушится под действием тепла и кислорода, что высвободит ее содержимое.
Работу этих наночастиц ученые проверили на бактериях. Их ДНК модифицировали таким образом, что эти микробы начинали светиться при попадании внутрь них молекул одного из искусственных сахаров. Начинив наночастицы этим сахаром, химики из ИТМО проверили, начнет ли кишечная палочка светиться, если подсветить пробирку инфракрасным лазером.
Как показали опыты, такие "наногранаты" справились со своей задачей, доставив сахар внутрь бактерий. При этом ни сами частицы, ни процесс их разрушения не повлиял на жизнеспособность клеток.
Способность взаимодействовать с инфракрасным излучением, по словам Скорб, будет еще одним дополнительным плюсом – тело человека почти не является преградой для таких лучей, что позволит использовать наночастицы для борьбы с опухолями и инфекциями практически во всем организме.
