Искусственные ДНК-плитки научились доставлять лекарства в нейроны не повреждая их
Исследователи из Университета Пердью разработали метод, позволяющий доставлять лекарства непосредственно внутрь живых нейронов и одновременно считывать электрическую активность клеток — без единого прокола и без нарушения их работы. Технология основана на крошечных структурах из синтетической ДНК, которые самостоятельно встраиваются в клеточную мембрану. Результаты опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.
Проблема, которую не удавалось решить десятилетиями
Нейроны — основа всей нервной системы — общаются между собой с помощью ионов: заряженных частиц, которые перетекают через тончайшую оболочку клетки. Измерить этот поток напрямую долгое время означало одно: пробить в клетке отверстие достаточно большое для микропипетки.
«Обычно, чтобы измерить напряжение, нужно проколоть отверстие — это разрушительно и необратимо», — объяснил ведущий автор исследования профессор Кабир Джаянт. Разработанный им подход принципиально иной: ДНК-плитки просто помещаются в раствор рядом с нейроном и самостоятельно встраиваются в его мембрану.
Как работают ДНК-плитки
Структуры диаметром всего 0,8 нанометра создаются методом ДНК-оригами — технологии складывания молекул ДНК в заданные трёхмерные формы. Часть плиток снабжена холестериновыми «якорями», которые помогают им надёжно закрепиться в мембране и оставаться стабильными.
Встроившись в клетку, плитки формируют устойчивый ионный канал — своеобразные «ворота», через которые исследователи могут и наблюдать за электрической активностью нейрона, и вводить молекулы лекарственных веществ прямо внутрь клетки. Что особенно важно, всё это происходит без нарушения нормальной физиологии нейрона. Молекулярное моделирование подтвердило механизм работы каналов, а сами клетки продолжали функционировать в обычном режиме.
Ключевые характеристики технологии:
- Плитки самостоятельно встраиваются в живую клеточную мембрану без внешнего воздействия
- Ионный ток через канал составляет около 2 наносименс — достаточно для надёжных измерений
- Технология применима к нейронным наноструктурам, считавшимся ранее недосягаемыми
- Препараты доставляются непосредственно внутрь клетки, минуя клеточные барьеры
- Нейроны сохраняют нормальный потенциал покоя и электрическую активность
Что это даёт для медицины
Прямое введение веществ в нейроны без повреждения клетки открывает возможности, которые прежде были недостижимы. В области лечения нейродегенеративных заболеваний — болезни Альцгеймера, Паркинсона, боковому амиотрофическому склерозу — давно ищут способы точечно воздействовать на клетки мозга. Существующие методы доставки препаратов либо не проникают через гематоэнцефалический барьер, либо действуют на весь мозг сразу, не различая здоровые и поражённые клетки.
Читайте также по теме: нанотехнологиях для доставки лекарств.
ДНК-плитки позволяют обойти оба ограничения: встраиваясь в конкретную клетку, они обеспечивают прицельную доставку. Кроме того, технология применима для разработки нейроинтерфейсов нового поколения — устройств, считывающих сигналы мозга с беспрецедентной точностью, что важно для лечения эпилепсии и создания протезов конечностей с нейронным управлением.
