Углеродные нанотрубки обнаруживают повреждающие ДНК агенты в живых клетках

Инженеры MIT создали сенсоры на основе углеродных нанотрубок для обнаружения противораковых препаратов и других агентов, повреждающих ДНК, внутри живых клеток.

Сенсоры, представляющие собой углеродные нанотрубки, обёрнутые ДНК, могут детектировать химиотерапевтические препараты, такие как цисплатин, а также экологические токсины и свободные радикалы, повреждающие ДНК.

"Мы создали сенсор, который можно поместить в живые клетки, здоровые или злокачественные, и фактически обнаружить несколько различных классов молекул, повреждающих ДНК", — сказал Майкл Страно, доцент химической инженерии и старший автор статьи, опубликованной 14 декабря в онлайн-издании Nature Nanotechnology.

Такие сенсоры можно использовать для мониторинга пациентов, проходящих химиотерапию, чтобы убедиться, что препараты эффективно воздействуют на опухоли. Многие химиотерапевтические препараты являются мощными разрушителями ДНК и могут вызывать серьёзные побочные эффекты, поэтому важно убедиться, что они достигают намеченных целей.

"Вы можете выяснить не только где находятся препараты, но и активен ли препарат", — сказал Дэниел Хеллер, аспирант кафедры химической инженерии и ведущий автор статьи.

Сенсор может обнаруживать ДНК-алкилирующие агенты (к классу которых относится цисплатин) и окисляющие агенты, такие как перекись водорода и гидроксильные радикалы.

Используя сенсоры, исследователи могут наблюдать за живыми клетками в течение длительного времени. Сенсор может точно определить местоположение молекул внутри клеток, а для одного агента — перекиси водорода — способен обнаружить одиночную молекулу.

Новая технология использует тот факт, что углеродные нанотрубки флуоресцируют в ближнем инфракрасном свете. Человеческие ткани — нет, что позволяет легче увидеть свечение нанотрубок.

Каждая нанотрубка покрыта ДНК, которая связывается с присутствующими в клетке агентами, повреждающими ДНК. Это взаимодействие между ДНК и разрушителем ДНК изменяет интенсивность и/или длину волны флуоресцентного света, испускаемого нанотрубкой. Разные агенты создают различные "сигнатуры", которые можно использовать для их идентификации.

"Мы можем различать разные типы молекул в зависимости от того, как они взаимодействуют", — сказал Страно.

Поскольку они покрыты ДНК, эти нанотрубочные сенсоры безопасны для введения в живые клетки. (Нанотрубки могут иметь разную длину и покрываться разными материалами, что влияет на их безопасность или токсичность.)

В будущих исследованиях учёные планируют использовать сенсоры для изучения эффектов различных антиоксидантов, таких как соединения в зелёном чае, и для поиска способов более эффективного применения токсичных химиотерапевтических препаратов.