Инженеры разработали нанозонды-сенсоры для нацеливания на рак
Ученые из Калифорнийского университета в Беркли создали «умные» нанозонды, которые однажды могут быть использованы для избирательного поиска и уничтожения опухолевых клеток, а также для отчёта о статусе миссии. Исследовательская группа создала многофункциональные зонды, названные нанокораллами.
В течение последних 10 лет несколько исследовательских групп по всему миру разрабатывали целевые нанозонды, чтобы уменьшить — а возможно, и исключить — токсичное воздействие химиотерапии на здоровые клетки, находящиеся рядом с больными.
Однако не хватало механизма, с помощью которого нанозонды могли бы не только найти раковую клетку, но и передать информацию после прикрепления к цели. Команда из Беркли создала такие многофункциональные зонды.
Разработка новых нанокораллов стала главной темой для печатного выпуска рецензируемого журнала Small от 22 февраля.
«Если вы отправляете спутник в космос, вам нужно, чтобы он делал больше одной вещи. Он должен достичь цели, обнаружить окружение и связаться с центром управления. То же самое верно и в молекулярной галактике. Нам нужны зонды, которые могут найти больную клетку, вылечить её и рассказать нам о локальной среде, чтобы мы могли определить, работает ли лечение. Изобретённые нами зонды-нанокораллы — важный шаг в этом направлении», — сказал Люк Ли, руководитель команды.
Крошечные зонды имеют диаметр в несколько сотен нанометров — одну тысячную ширины человеческого волоса и одну сотую размера большинства раковых клеток. Ключевой идеей команды стало объединение разных материалов — шероховатого золота с одной стороны и гладкого полистирола с другой — в одном зонде.
Название нового зонда вдохновлено природными морскими кораллами, которые используют шероховатые поверхности для улучшения захвата света и частиц пищи.
«Как и природные кораллы, сильно шероховатая поверхность нанокоралла предназначена для захвата молекул вблизи зондов и сообщения об их присутствии исследователям», — сказал Бенджамин Росс, соавтор исследования.
Сенсорная сторона нанокоралла основана на технике поверхностно-усиленной рамановской спектроскопии (SERS), которая использует электромагнитные возбуждения, возникающие при контакте молекул с шероховатой поверхностью металла, такого как золото. Молекулы производят колебания, которые резонируют на характерных частотах при воздействии лазерного света, раскрывая своё присутствие.
Исследователи проверили чувствительность нанокоралла, измерив его способность обнаруживать стандартное химическое соединение для рамановской спектроскопии.
Чтобы заставить нанокоралл нацеливаться на определённые клетки, исследователи использовали возможность прикреплять антитела к полимерным поверхностям.
«Мы можем адаптировать нанокоралл к интересующим нас раковым клеткам, присоединяя соответствующие антитела», — сказала соавтор Лиз Ву.
Исследователи продемонстрировали эту концепцию, покрыв поверхность полистирола антителами, нацеленными на рецептор человеческого эпидермального фактора роста 2 (HER-2), известную мишень для лечения рака, поскольку он часто сверхэкспрессируется при агрессивных формах рака молочной железы. Они подтвердили с помощью изображений в светлом поле и флуоресцентных изображений, что нанокоралл прикрепляется к клеткам рака молочной железы с рецепторами HER-2. Контрольные эксперименты показали, что связывания не происходит при использовании других антител или клеток, лишённых HER-2.
«Мы всё ещё находимся на ранних стадиях разработки, но мы оптимистичны, что нанокораллы в конечном итоге станут полезными диагностическими и терапевтическими инструментами для широкого спектра видов рака. Это потенциально позволит нам не только доставлять лекарство, но и видеть ответ в реальном времени на субклеточном уровне», — сказал Ли.