Ученые из Университета
Калифорнии – Беркли (UC – Berkeley)создали «умные» нанозонды, которые однажды можно
будет использовать в борьбе против рака для селективного обнаружения и
разрушения опухолевых клеток, и, одновременно,для отслеживания эффективности лечения. Исследователи назвали свои
многофункциональные зонды нанокораллами.
В
течение последних 10 лет несколько исследовательских групп во всем мире
занимались разработкойспециальных
адресных нанозондов, пытаясь снизить – или возможно устранить – токсичность
химиотерапевтических методов лечения, влияющих на здоровые клетки, находящиеся
вблизи опухолевых.
Однако
механизм, с помощью которого нанозонды не только смогли бы найти раковые клетки,
но и передать информацию о том, что они достигли цели, пока не былразработан. Ученые из Беркли смогли создать
такие многофункциональные зонды. Их разработкаописана в журнал Small.
«Когда
вы посылаете в космос спутники, нужно, чтобы они выполняли несколько функций.
Они должны достичь цели, исследовать окружающую среду и связаться с землей», -
говорит Люк Ли (LukeLee), профессор биоинженерии в Беркли и руководитель
группы, разработавшей нанокораллы. «Это верно и для молекулярной вселенной. Нам
нужны зонды, которые могут найти больную клетку, вылечить ее и рассказать нам о
химизме окружающей их среды, чтобы мы могли определить, эффективно ли
проведенное лечение. Разработанные нами нанокораллы являются важным шагом в
этом направлении».
Мельчайшие
зонды имеют в диаметре несколько сотен нанометров– одну тысячную часть толщины человеческого волоса и одну сотую
размера большинства раковых клеток.Ученые пришли к решению:соединить в одном зонде различные материалы – шероховатое золото с одной
стороны и гладкий полистирол с другой.
Зонды
были названы нанокораллами по аналогии с натуральными морскими кораллами,
которые используют свою грубую шероховатую поверхность для продуктивного
захвата света и частиц пищи.
«Как и у
настоящих кораллов, шероховатая поверхность нанозонда создана для улавливания
молекул в окружающей его микросреде и передачи информации об их присутствии
исследователям», - говорит Бенджамин
Росс (BenjaminRoss), аспирант из Беркли и
один из авторов статьи. «По тому, какиемолекулы присутствуют – или отсутствуют – около поверхности опухолевой
клетки, можно судить о том, как клетка реагирует надоставленное к ней лекарство».
Коммуникационная
составляющая нанокораллов основана на технологии, называемой
поверхностно-усиленной спектроскопией комбинационного рассеяния (surface-enhancedRamanspectroscopy- SERS),
которая использует преимущество электромагнитного возбуждения, возникающего,
когда молекулы приходят в контакт с шероховатой поверхностью металла, такого
как золото. Молекулы производят колебания, резонирующие под воздействием
лазерного излучения, позволяя ученым определять их присутствие.
Ученые
проверили чувствительность нанокораллов, измерив их способность обнаруживать
стандартные для рамановской спектроскопии химические соединения.
Чтобы
нанокораллы могли специфически соединяться с раковыми клетками, ученые
использовали свойство антител связываться с полимерными поверхностями.
Ученые
продемонстрировали свой подход, покрыв полистирольную поверхность нанозондов
антителами, специфически связывающимися с рецептором человеческого
эпидермального фактора роста-2(HER-2),
хорошо известной при лечении рака мишенью, так как при агрессивных формах рака
молочной железы наблюдается его повышенная экспрессия.Они подтвердили, что нанозонды прикрепляются
к клеткам рака молочной железы с HER-2
рецепторами, в то время как контрольные эксперименты показали, что никакого
связывания не происходит, если взяты другие антитела или клетки без рецепторов HER-2.
«Сейчас
мы находимся на ранней стадии разработки, но оптимистично смотрим на
перспективы использования нанокораллов в качестве инструментов для борьбы с
широким спектром раковых опухолей», - говорит Ли. «Они помогут нам не только
адресно доставлять лекарственные препараты, но и видеть ответную реакцию
организма в реальном времени на субклеточном уровне».
