Нанохирургия и визуализация живых клеток с помощью модифицированной АСМ
Исследовательская группа под руководством профессора Такаюки Шибаты (Toyohashi University of Technology) значительно расширила функциональность атомно-силовой микроскопии (АСМ). Учёные добились успеха в двух направлениях: проведение малоинвазивной хирургии живых клеток и визуализация динамической информации о внутриклеточных биомолекулах.
Цель исследования — создание технологической платформы («руки Бога» для манипуляции и «глаза Бога» для наблюдения за функциями клеток) для понимания и контроля жизненных явлений на молекулярном уровне.
Ключевые достижения:
Малоинвазивная нанохирургия клеток:
- Остриё зонда АСМ покрыли тонкой плёнкой фотокатализатора — диоксида титана (TiO2).
- Фотокаталитическая реакция локализуется в наномасштабной области (~100 нм) у кончика зонда, что позволяет перфорировать клеточную мембрану.
- Достигнута 100% вероятность перфорации при сохранении 100% жизнеспособности клеток, что подтверждает малоинвазивность метода.
Визуализация состава клетки:
- Остриё зонда АСМ покрыли наночастицами серебра (Ag) и ввели в живую клетку.
- Метод Tip-Enhanced Raman Spectroscopy (TERS) позволил получить высокочувствительные спектры Рамана от белков, ДНК, липидов и др.
- Визуализирована разница в соотношении биомолекул между ядром и цитоплазмой.
- Обнаружена обратная корреляция между уровнями белков и гликогена («животного крахмала») во времени внутри клеток.
Перспективы:
В будущем планируется объединить обе функции, создав зонд АСМ, покрытый одновременно TiO2 и Ag-наночастицами. Это позволит:
- Визуализировать процесс деградации органических веществ фотокаталитическим окислением во время хирургического вмешательства.
- Измерять отдельные молекулы целевых мембранных белков с помощью антиген-антитело реакций.
- Разработать технику селективной нанообработки для идентифицированных одиночных молекул белка.
Ожидается, что эта технология поможет раскрыть механизмы жизненных функций и найти применение в разработке новых лекарств.