Группа ученых из Чикагского университета разработала способ использования микроскопических капсул, сделанных из ДНК, для доставки полезной нагрузки крошечных молекул непосредственно в клетку. Метод, подробно описанный 21 августа в журнале Nature Nanotechnology, дает ученым возможность понять определенные взаимодействия между клетками, которые ранее было трудно отследить.
«Это действительно молекулярная платформа», - сказал Ямуна Кришнан, профессор химии и соавтор исследования.«Существует множество исследовательских проблем, от кардиологии до нейробиологии, которые нуждаются в такой системе для изучения очень быстрых молекулярных явлений, чтобы ее можно было применять различными способами».
Клетки разговаривают друг с другом химическим шепотом, который происходит слишком быстро, чтобы ученые могли точно его изучить, сказал Кришнан. Ее команда нацелилась на один класс таких химических средств связи, известный как нейростероиды.
Ученые знают, что нейростероиды участвуют в здоровье нейронов, но их трудно изучать, потому что они воздействуют на триггеры волос. «В тот момент, когда вы добавляете нейростероид, нейрон уже активируется», - сказал Кришнан.
Исследователи хотят получить подробный отчет о том, что происходит в клетке, когда нейростероид играет свою роль в запутанном сигнальном танце внутри нейрона. Для этого им нужно было доставить нейростероиды в клетку внутри небольшой упаковки, выпустить их по сигналу и затем проследить, что происходит. Но трудно сделать систему доставки настолько герметичной, чтобы из нее не вытекала пара молекул до того, как все будет готово.
Для этой задачи у Кришнан было решение: ее лаборатория строит крошечные машины из ДНК. Это хороший материал, потому что, как и в наборе Lego, он имеет стандартные взаимосвязанные детали, которые позволяют легко создавать конфигурации. А поскольку он состоит из частей, уже находящихся в теле, он может безвредно раствориться, как только его цель будет достигнута.
Лаборатория создала крошечные структуры - икосаэдрические, как 20-гранный кубик - с двумя половинками, которые соединяются вместе вокруг полезной нагрузки молекул, образуя капсулу. Каждая капсула имеет диаметр всего 20 нанометров; это в тысячу раз меньше ширины человеческого волоса.
Следующим шагом было отправить их в ключевые места внутри тела, найдя правильные молекулярные «адреса» для конкретных клеток и приклеив их к капсуле. (Ученые находят эти адреса, изучая, как вирусы и бактерии проникают в определенные части тела.) Чтобы высвободить полезную нагрузку из капсулы, ученые просто освещают клетки.
Они проверили и подтвердили работу системы на червях и смогли измерить кинетику нейростероидов, ранее неуловимый процесс, говорят авторы.
Когда-нибудь, сказал Кришнан, эту технологию можно будет использовать для доставки лекарств или лечения к определенным частям тела, но это был пример изучения метода как способа лучше понять наши собственные тела и то, как они работают..
Соавторами исследования являются Санграм Сисодиа, семейный профессор нейробиологии Томаса Рейнольдса-старшего в университете, и исследователи Калифорнийского университета в Чикаго Аниш Витил, Кастури Чакраборти, Канни Сяо и Майлс Минтер.