ВЫПУСК 7

Сенсоры для определения NO на основе нанотрубок

Новый сенсор на основе углеродных нанотрубок может оказаться перспективным для детектирования оксида азота(II) в биологических системах в режиме реального времени и с хорошим пространственным разрешением.

Молекула NO играет важную роль в сигнальных биологических системах, однако оксид азота(II) достаточно быстро вступает во вторичные реакции in vivo, поэтому отслеживать его в биологических системах достаточно непросто.

В группе Майкла Страно (Michael S. Strano) из MIT функционализировали одностенные углеродные нанотрубки остатками 3,4-диаминофенилзамещенного декстрана, в результате чего полученные комплексы УНТ-органика оказались чувствительными по отношению к NO.

Необычные электронные свойства одностенных углеродных нанотрубок уже многие годы служат причиной их всестороннего исследования на предмет использования в качестве сенсоров в области ближнего инфракрасного спектра. Страно отмечает, что разработанный гибридный сенсор селективно реагирует лишь на NO, но не на другие азот- или кислородсодержащие частицы, которые могут встречаться в биологических системах.

Таким образом, новый сенсор может селективно обнаружить NO в режиме реального времени. Так как животные ткани прозрачны для ближнего инфракрасного света, NO можно обнаружить непосредственно в живых организмах. Исследователи определили, что сенсор не проявляет токсичности к культивированным клеткам желудочно-кишечного тракта мышей, следующая стадия будет заключаться в проверке сенсора на живых грызунах.

Источник: Nat. Chem. 2009, 1, 473; doi:10.1038/nchem.332

Источник: ChemPort.Ru

Созданы трехмерные кристаллы на основе ДНК

Ученые из Нью-Йоркского университета, Университета Пердью и Аргоннской национальной лаборатории (все — США) создали трехмерные кристаллы на основе ДНК, размеры которых доходят до одного миллиметра.

Соединение двойных спиралей ДНК в предложенной исследователями структуре обеспечивали так называемые липкие концы — последовательности нуклеотидов некоторой длины, которые завершают одну из нитей ДНК. При этом связи возникают между двойными спиралями, липкие концы которых комплементарны. Подобную методику авторы использовали и раньше, однако все созданные до настоящего момента структуры были двумерными, а их размеры лежали в микрометровом диапазоне.

Элементами новых кристаллов послужили «трехмерные треугольники» (tensegrity triangles — треугольники, отвечающие архитектурному принципу тенсегрити). Образующие такие треугольники спирали ДНК — и их липкие концы — лежат в разных плоскостях, что и обеспечивает формирование трехмерной периодической структуры. В экспериментах были созданы кристаллы размерами от 0,25 до 1 мм.

В будущем, как надеются авторы, им удастся найти способ «крепления» биологических макромолекул к подобным кристаллам; упорядоченное расположение молекул позволит исследовать их взаимодействия с различными веществами по известной методике рентгеновской кристаллографии.

Полная версия отчета ученых опубликована в журнале Nature.

Подготовлено по материалам Нью-Йоркского университета.

Источник: Компьютерра-Онлайн

Принуждение фермента к активности

Результаты нового исследования демонстрируют, что физическое растяжение фермента может увеличить его активность даже в том случае, если его активный центр не скрыт. Исследователи, обнаружившие этот эффект, полагают, что механическое воздействие может играть более существенную роль в биологических молекулярных системах, чем предполагалось ранее.

Некоторое время назад стало известно, что ферменты с латентными (скрытыми) активными центрами могут быть активированы за счет механического воздействия, открывающего доступ к активному центру. Однако Кирстен Бланк (Kerstin Blank) из Университета Наймегена (Нидерланды) продемонстрировала, что механическая сила может активировать и «обычные» ферменты.

Исследователи химически связали липазу дрожжей с предметным стеклом. Над ферментом была размещена прикрепленная к щупу атомно-силового микроскопа бусина, покрытая антителом к этому ферменту. При приближении бусины к ферменту он связывался с антителами. Затем щуп AFM, растягивая фермент до того момента, пока не разорвется связь фермент-антитело, такой разрыв приводит к возвращению фермента в нативное состояние. Фермент может активировать реакцию субстрата, приводящую к высвобождению флуоресцирующего продукта, концентрация которого может быть измерена с помощью флуоресцентной микроскопии полного внутреннего отражения [internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy], что позволяет определить активность фермента на протяжении всего процесса растяжения.

Исследователи наблюдали небольшую остаточную активность фермента до его растяжения. С момента начала растяжения до разрыва связи фермента с антителом наблюдался существенный всплеск активности фермента, из чего исследователи делают вывод о влиянии механической силы растяжения на активность изучаемого фермента.

Исследователи предполагают, что сила, воздействующая на фермент, растягивает определенную часть молекулы – длинную α-спираль, и это растяжение облегчает доступ субстрата в активному центру фермента.

Источник: Nano Lett., 2009, DOI: 10.1021/nl9015705

Источник: ChemPort.Ru

Быстро и без последствий

Во второй половине 2008 года ГК «Роснано» приняла решение о поддержке первого проекта, связанного с медициной, – «Создание производства микроисточников, микросфер и комплектующих для проведения процедур брахитерапии».

Суть проекта заключается в том, что впервые в России будет развернуто производство средств лечения рака при помощи радиации. Брахитерапия (от греч. слова «brachios» – короткий, быстрый) – это современный и высокотехнологичный метод лечения рака предстательной железы, при котором микроисточники радиоактивного излучения на основе йод-125 вводятся внутрь пораженного органа. Максимальная доза излучения доставляется непосредственно в опухоль без поражения прилегающих органов и тканей. В простату под контролем ультразвукового аппарата или компьютерного томографа специальными иглами вводят небольшие, меньше рисового зернышка, металлические капсулы с радиоактивным йодом, которые постепенно губят раковые клетки. Каждое зернышко облучает очень маленькое пространство, поэтому прилегающие здоровые ткани и органы не подвергаются повреждению. Считается, что брахитерапия – наиболее щадящий на сегодняшний день метод лечения рака.

В нашей стране продвижением на рынок нового метода лечения предстательной железы с 2004 г. занимается ООО «Бебиг». По словам генерального директора компании Игоря Синюкова, до этого времени в России брахитерапию применяли редко, и у врачей не было соотвествующей практики. Сейчас она доступна уже в 15 медицинских учреждениях, которые расположены не только в Москве (например, Федеральный медицинский биофизический центр имени А.И. Бурназяна ФМБА России, Российский онкологический научный центр им. Н. Н. Блохина РАМН) и Санкт-Петербурге (Клиническая больница № 122 имени Л. Г. Соколова ФМБА России), но и в других городах России: в Обнинске – МРНЦ, в Екатеринбурге – Свердловская областная клиническая больница № 1, в Самаре – Самарский областной клинический онкологический диспансер, в Казани – Клинический онкологический диспансер Министерства здравоохранения Республики Татарстан и др. Брахитерапия попадает в разряд высокотехнологичной медицины и полностью бесплатна для граждан РФ (таким образом, основным ее заказчиком является государство). Количество операций, проводимых в России в год, имеет хорошую положительную динамику. В настоящее время проводят примерно тысячу подобных операций в год, а пять лет назад – менее 10. Для примера: в Европе и США количество брахиотерапевтических процедур в год измеряется десятками тысяч.

При этом микроисточники для брахитерапии в России, на сегодня, не производят, а закупают за рубежом. Но поскольку количество операций с каждым годом растет, ООО «Бебиг» планирует запуск производства микроисточников на месте, так как это оказывается выгоднее из-за снижения себестоимости и возможности более широкого распространения брахитерапии. Перед операцией проводят дозиметрию предстательной железы, выясняя ее размеры и состояние.

Проект ООО «Бебиг» включает в себя два этапа. На первом этапе планируется организовать производство микроисточников – титановых капсул с йодом-125 внутри – по лицензиям зарубежной компании IBT-Bebig. Бизнес-план компании предусматривает постепенно снизить стоимость микроисточников для конечных клиентов.

После того, как производство будет запущено, компания откажется от ввоза микроисточников из-за границы и перейдет на отечественную продукцию.

Второй этап проекта заключается в том, чтобы вывести на рынок совершенно новые «нанопродукты», а именно радиоактивные микросферы с наноструктурированной поверхностью, которые применяются для лечения различных онкологических заболеваний, а не только рака простаты. Микросферы из стекла или кремния и радиоактивных изотопов фосфора-32 и иттрия-90 представляют собой радиоактивные сферические частицы размером около 30 мкм. Для создания радиоактивной составляющей, микросферы облучаются в атомном реакторе. Кстати, эксперты ГК «Роснано» сомневались, что изотоп фосфор-32 имеет терапевтические свойства, однако, предоставленные результаты клинических испытаний за рубежом при лечении рака печени и рака поджелудочной железы оказались достаточно убедительны.

По словам технического директора ООО «Бебиг» Олега Егорова, процедура защиты проекта в экспертном совете ГК «Роснано» проходила очень тяжело. Представителям компании пришлось в течение нескольких часов отвечать на вопросы членов совета о том, что такое микроисточники и микросферы и как их проект связан с нанотехнологиями. «Есть некий парадокс нанотехнологий. Они обещают революцию, но для современного рынка разработок очень мало. А задача ГК «Роснано» в том и состоит, чтобы развивать коммерчески перспективные предприятия. Про наши микроисточники члены комиссии сказали – это нужно для развития в целом рынка брахитерапии в России, что будет первым шагом для применения микросфер, являющихся нанопродуктами», – рассказывает Олег Егоров.

Для осуществления данного плана ООО «Бебиг» уже ведет собственные научно-исследовательские работы, чтобы создать медицинское изделие на основе микросфер. Механизм действия данного изделия следующий. Миллионы микросфер доставляются непосредственно в опухоль при помощи специальных инструментов. Каждая из частиц испускает бета излучение с малым пробегом (неглубоко проникающее в ткани), эффективно уничтожающее раковые клетки. Минимальное повреждение окружающих здоровых тканей обеспечивается тщательным планированием операции и компьютерной диагностикой.

Кроме того, размер частиц подобран таким образом, что они не распространяются по сосудам организма, а застревают в высокоразвитой капиллярной сети опухоли, закупоривают ее, предотвращая доступ крови к раковой ткани, тем самым усиливая терапевтический эффект.

Наноструктуированная поверхность микросфер увеличивает их биосовместимость, уменьшает подвижность в тканях, и предотвращает вымывание радиоактивности из частицы. Специальные методы обработки поверхности микросфер (особый метод травления поверхности при помощи специально подобранных реагентов и температур) создают поры в поверхности микрокапсулы. Пористый слой практически свободен от радиоактивного изотопа. При этом он тонкий (порядка 50 нм) и не влияет существенно на ослабление терапевтического излучения, исходящего из частицы. Компания «Бебиг» проводит и другое сходное исследование – создание биосовместимых нанопокрытий на поверхности микросфер.

Может показаться, что все преграды на пути проекта преодолены: план проработан, финансирование найдено. Но кто будет его выполнять? Сейчас компания столкнулась с очень серьезной задачей – отсутствием подходящих кадров. «Выпускники наших ВУЗов хотят сразу стать руководителями проектов. Само собой, что это невозможно, т.к. тех знаний, что они получили на студенческой скамье недостаточно. Для получения практического опыта и знаний необходимо пройти путь с более низких должностей, но желающих, к сожалению, мало», – говорит Олег Егоров. Сам Олег – специалист в области производства медицинских изотопов, радиотерапии (брахитерапия, радиоимунная терапия), аналитической и радиохимии. Он имеет большой опыт создания и руководства научно-исследовательскими программами в области высоких технологий (ядерная медицина, радиохимия, нанотехнологии) и их коммерциализации. После окончания химфака МГУ в 1992 году, Егоров уехал на постоянное жительство в США. Год назад он вернулся в Россию как топ-менеджер ООО «Бебиг», чтобы содействовать развитию российской брахитерапии.

Дмитрий Чулкин

Источник: Российские нанотехнологии

На один нано-шаг ближе к возможности взвешивать отдельный атом

Изучая наночастицы золота однородные по размеру и форме, учёные смогли понять, как они теряют энергию, основной шаг в направлении производства нано детекторов для взвешивания любого отдельного атома. Такие сверхчувствительные измерения могут быть использованы в таких сферах как медицинские исследования и диагностика, позволяя определять агенты, вызывающие заболевания, как вирусы и прионы, на уровне одиночной молекулы.

Исследователи заинтересованы в веществах нано размеров, т.к. чем меньше компоненты устройств обнаружения, тем они сами более чувствительны.

В данном исследовании группа из Университета Мельбурна, Центра исследования нано материалов в Иллинойсе и Чикагского университета синтезировала и изучила микроскопические золотые палочки шириной в 5000 раз меньше, чем толщина человеческого волоса.

Профессор Джон Сэйдер из отделения математики и статистики Университета Мельбурна утверждает, что наномеханические датчики массы измеряют изменения частоты колебаний по тому же принципу, как снижается частота колебаний классной линейки, если к ней прикрепить стёрку.

Чувствительность таких наномеханических устройств непосредственно связана с тем, сколько энергии они вытесняют. Таким образом, исследователям необходимо было понять, как демпфирование (потеря энергии) переносится на окружающую жидкость и внутри наноструктур.

Ранее невозможно было определить частоту, при которой колебания в системе металлических наночастиц затухают, из-за значительной разницы в размерах частиц, которые изучались – это скрывало колебания.

Однако изучая систему наночастиц золота бипирамидальной формы с крайне однородными размерами и формой, исследователи смогли преодолеть это ограничение.

Учёные обработали эти системы бипирамидальных наночастиц сверхбыстрым лазерным импульсом, заставили их механически колебаться на микроволновых частотах. Эти колебания были продолжительными, и впервые демпфирование в этих системах наночастиц можно было детально исследовать и охарактеризовать.

Источник: NanoNewsNet