Нанокатализаторы для дистанционного управления химическими реакциями в живых клетках

Ферменты, ответственные за каталитические реакции в организме, сложно использовать для диагностики или лечения из-за их специфичности и низкой стабильности. Искусственные катализаторы, работающие синергично с ферментами, могут открыть новые пути в медицине. Особенно перспективны катализаторы, активируемые внешними стимулами, например, магнитным полем, что позволит дистанционно управлять биореакциями.

Исследовательская группа профессора Ин Су Ли из POSTECH разработала магниточувствительный искусственный катализатор MAG-NER, демонстрирующий высокую эффективность внутри живых клеток. Исследование опубликовано на обложке журнала Nano Letters.

Команда синтезировала нанореактор, имитирующий структуру клеточных везикул. Внутри полой кремниевой нанооболочки размещены наночастицы оксида железа (Fe_xO_y) и палладиевые катализаторы.

При воздействии переменного магнитного поля наночастицы оксида железа генерируют тепло, которое локально активирует палладиевый катализатор, не повышая температуру снаружи. Имплантировав MAG-NER в живые клетки и применив магнитное поле, исследователи добились высокоэффективной каталитической реакции, превращающей нефлуоресцентные реагенты в флуоресцентные продукты.

Было подтверждено, что катализатор MAG-NER долго сохраняет активность, не загрязняясь биомолекулами клетки, и не влияет на выживаемость клеток.

Использование MAG-NER открывает перспективы для разработки методов диагностики и лечения, позволяющих искусственно и дистанционно управлять функциями клеток, синтезируя нужные молекулы или запуская реакции с помощью безвредного для тела магнитного поля.

Профессор Ин Су Ли: «Эта работа — результат многолетнего развития нашей лабораторией материалов на основе полых нанореакторов. Она представляет собой инновационный химический инструмент для прогресса в биомедицинских и биологических исследованиях».